L'industria energetica odierna si trova ad affrontare sfide crescenti a causa dell'aumento della domanda di energia, dell'integrazione delle fonti di energia rinnovabili e della necessità di un'alimentazione ininterrotta. Nel contesto di questi cambiamenti, la sincronizzazione temporale precisa e la trasmissione affidabile dei dati sono diventate la pietra miliare delle moderne reti energetiche. Senza queste tecnologie avanzate, sarebbe impossibile garantire una gestione efficace delle risorse distribuite, il monitoraggio dello stato delle infrastrutture e la prevenzione dei guasti. In questo articolo discuteremo perché la sincronizzazione temporale e le tecnologie di trasmissione dati sono cruciali per l'industria energetica e come BitStream sta supportando il settore con le sue soluzioni innovative.

Perché la sincronizzazione temporale precisa è fondamentale nel settore dell'energia?

Nel settore energetico e nelle sue infrastrutture di trasmissione critiche, la sincronizzazione temporale precisa è fondamentale per l'implementazione di meccanismi di stabilizzazione e monitoraggio in tempo reale delle reti di trasmissione e distribuzione basati sul concetto di monitoraggio ad ampio raggio WAMS.

Oggi le prestazioni e il funzionamento dei sistemi elettrici sono influenzati in modo significativo dall'emergere delle fonti di energia rinnovabile (FER), introducendo nuove sfide e problemi imprevisti a livello di sistema.

Nella rete di trasmissione, un problema importante è la natura intermittente delle FER, che comporta un elevato livello di variabilità dello stato del sistema, nonché un'incertezza operativa in tempo reale, che può causare deviazioni di frequenza anomale e problemi di stabilità. Inoltre, la complessità e la rapidità di risposta dei generatori accoppiati a convertitori della generazione da fonti rinnovabili hanno introdotto nuovi tipi di problemi di stabilità. Lo sviluppo di fonti di energia rinnovabili distribuite renderà necessario un coordinamento attivo del loro funzionamento. Si sta quindi affermando il concetto di reti di distribuzione attive. Inoltre, la natura mutevole dei carichi ha un impatto crescente sulla dinamica complessiva del sistema elettrico. Diventa quindi necessario il monitoraggio multipunto dei parametri di tensione, corrente, fase e frequenza (U,I,f,ϕ) e della loro variabilità, nonché la correlazione spazio-temporale di questi parametri. Senza una precisa sincronizzazione temporale, ciò non è possibile.

Con una sincronizzazione precisa, gli operatori di rete possono implementare nuove tecnologie e ottenere una nuova qualità dei dati. Ciò consente loro di reagire immediatamente alle anomalie, prevenendo i guasti. L'analisi di dati di altissima qualità dopo un guasto consente agli algoritmi e agli operatori di apprendere il comportamento del sistema. Questo è fondamentale non solo per mantenere la stabilità della rete, ma anche per ridurre al minimo la perdita di risorse energetiche.

Figura 1: Struttura di comunicazione della sottostazione con evidenziati gli esempi di scambio di messaggi.

Tecnologie avanzate di sincronizzazione temporale - PTP ed Ethernet sincrono

Nel contesto della sincronizzazione temporale spiccano due tecnologie: PTPv2 (Precision Time Protocol) ed Ethernet sincrono. Il PTPv2, conforme allo standard IEEE 1588v2, consente una trasmissione precisa dell'ora sulle reti Ethernet con una precisione di un nanosecondo. Questo aspetto è fondamentale nel settore dell'energia, dove ogni operazione deve essere sincronizzata per garantire un funzionamento coerente e stabile del sistema. È importante capire che sono stati creati profili speciali per il settore dell'energia, ad esempio PTP Power Profile, Utility Profile, non utilizzati nelle telecomunicazioni e nell'automazione e non operativi con essi. È quindi importante utilizzare soluzioni collaudate e dedicate al settore dell'energia.

Synchronous Ethernet (SyncE), invece, garantisce che tutti i dispositivi della rete operino con lo stesso orologio, migliorando la qualità del tempo PTP nella catena di sincronizzazione. Queste tecnologie sono particolarmente importanti in applicazioni come il controllo delle sottostazioni elettriche, dove la sincronizzazione tra i dispositivi è fondamentale per garantire un funzionamento affidabile dell'intera infrastruttura. BitStream implementa queste tecnologie nei suoi dispositivi, garantendo così il massimo livello di precisione e sicurezza.

La trasmissione dei dati nella moderna industria dell'energia

Altrettanto importante della sincronizzazione temporale è la trasmissione affidabile e deterministica dei dati, che garantisce ritardi minimi e fluttuazioni dei pacchetti. Le moderne reti energetiche si basano sui dati raccolti da sensori, contatori e dispositivi di controllo distribuiti. Affinché il sistema funzioni in modo efficiente, questi dati devono essere trasmessi in tempo reale, senza ritardi o interferenze.
Le tecnologie di trasmissione dei dati, come Ethernet e la fibra ottica, consentono di trasmettere grandi quantità di dati con un'elevata velocità di trasmissione e un ritardo minimo. Nelle reti elettriche, la ridondanza - la duplicazione delle connessioni chiave - è essenziale affinché, in caso di guasto di una connessione, i dati possano essere immediatamente reindirizzati attraverso un altro percorso. BitStream offre soluzioni con meccanismi di ridondanza integrati che assicurano un funzionamento ininterrotto anche in caso di guasto del collegamento. Per questo motivo, l'uso di soluzioni di trasmissione dati ad alta velocità fino a 10Gbit/s e la protezione da perdita di pacchetti zero, come il Parallel Redundancy Protocol PRP o l'High Availability Seamless Redundancy (HSR), è già un requisito obbligatorio.

BitStream come fornitore di soluzioni per l'industria energetica

BitStream fornisce da anni soluzioni avanzate dedicate al settore energetico. Gli switch e i multiplexer in fibra ottica della serie HYPERION sono progettati per le applicazioni più esigenti, come centrali elettriche, parchi eolici o sistemi Smart Grid. Questi dispositivi non solo forniscono una sincronizzazione temporale precisa, ma anche una trasmissione dati sicura e affidabile in ambienti industriali difficili, rispettando e superando i requisiti della norma IEC61850.
Ad esempio, gli switch HYPERION-500 supportano con successo i requisiti di ridondanza delle connessioni senza perdite e utilizzano protocolli di sicurezza come MACsec, garantendo una trasmissione dei dati criptata e una sincronizzazione temporale precisa. Il server orario di precisione PTP e SyncE integrato nello switch, dotato di un ricevitore orario di precisione GNSS multisistema e multifrequenza con rilevamento avanzato di eventi di jamming e spoofing, consente una sincronizzazione stabile e sicura dei dispositivi installati nell'infrastruttura. Inoltre, questo concetto riduce un livello di test di interoperabilità. Altre soluzioni innovative e brevettate garantiscono ulteriormente la sincronizzazione e l'affidabilità della trasmissione dei dati. Grazie a queste soluzioni, i sistemi di alimentazione possono funzionare senza interruzioni, anche in presenza di esposizioni ambientali.

Figura 2: Esempio di architettura di comunicazione in una sottostazione e tra sottostazioni.

Il futuro dei sistemi di sincronizzazione e trasmissione dati nell'industria energetica

Le tecnologie relative alla sincronizzazione temporale precisa e alla trasmissione dei dati svolgeranno un ruolo sempre più importante nello sviluppo dell'industria energetica. Con l'aumento delle fonti di energia rinnovabili e l'integrazione di nuove tecnologie come l'IoT (Internet of Things), saranno necessari una gestione e un monitoraggio della rete ancora più precisi.

Il futuro dell'energia è rappresentato dalle reti intelligenti (Smart Grid), che richiedono uno scambio continuo di dati in tempo reale. La sincronizzazione temporale diventerà ancora più importante, in quanto consentirà la completa automazione dei processi e una risposta più rapida ai cambiamenti nella rete. In qualità di produttore leader nel campo della sincronizzazione temporale e della trasmissione dati, BitStream continuerà a sviluppare soluzioni innovative per le reti sensibili al tempo che soddisfano le esigenze del futuro.

Siamo in continua evoluzione e la nostra ultima innovazione, MOD-RTR.1, un nuovo modulo router per lo switch Hyperion 500, ne è la prova. Il modulo è completo al 90%, ma ha già suscitato grande interesse, soprattutto per le sue avanzate caratteristiche di sicurezza. Le sue caratteristiche principali includono una velocità di comunicazione di 1 Gbps tra switch e router, una temperatura operativa da -40 a +85°C, il supporto di protocolli di routing dinamico come RIP, OSPF, BGP e il protocollo di routing ad alta velocità RAY. Inoltre, il MOD-RTR.1 offre funzioni di sicurezza avanzate, tra cui IPSEC, VPN e Firewall, oltre al supporto per VRRP, protocolli VRF, Load Balancing e tecnologia Zeropacketloss per il livello L3, che lo rendono la soluzione perfetta per le applicazioni di rete più esigenti.

Fot. Bitstream

L'attività di BitStream nell'industria energetica

BitStream non si limita a fornire tecnologie all'avanguardia, ma partecipa attivamente alla vita del settore dell'energia e delle industrie correlate, prendendo parte a numerose fiere e conferenze. Nel corso di quest'anno presenteremo le nostre soluzioni in occasione di eventi quali la Conferenza SPIN di Ustrzyki Dolne, la Conferenza KAE di Varsavia, la Conferenza InSec di Varsavia, la Conferenza ITSF di Siviglia, la Conferenza SIWE di Wisła e Energetics di Lublino.

Inoltre, quest'anno abbiamo già organizzato un workshop tecnico per progettisti di ingegneria elettrica presso l'Arche Hotel di Lublino il 26-27 giugno. Sono state due giornate intense, ricche di preziose conoscenze e competenze pratiche. L'evento ha visto la partecipazione di specialisti del settore dell'energia, che hanno avuto l'opportunità di ampliare le proprie conoscenze e di acquisire nuove competenze necessarie nel loro lavoro quotidiano. I partecipanti hanno apprezzato in particolare l'approccio pratico ai temi trattati. Il programma di formazione ha coperto un'ampia gamma di argomenti, dalla presentazione dei prodotti Hyperion e Quazar, alle tecnologie IEC 61850, alla comunicazione sicura con i sistemi di risorse energetiche distribuite.

Sintesi

La sincronizzazione temporale e la trasmissione dei dati sono le pietre miliari delle odierne reti elettriche, che garantiscono operazioni affidabili e sicure. Grazie a tecnologie come PTPv2 ed Ethernet sincrono, i sistemi energetici possono operare con la massima precisione e stabilità. BitStream svolge un ruolo fondamentale nel fornire soluzioni avanzate che soddisfano le esigenze delle applicazioni industriali più impegnative. Progettati per condizioni estreme, i nostri dispositivi sono utilizzati nelle infrastrutture energetiche critiche di tutto il mondo. Miglioriamo costantemente le nostre tecnologie e la nostra presenza alle fiere e alle conferenze di settore non fa che rafforzare la posizione di BitStream come produttore leader di soluzioni di sincronizzazione temporale e trasmissione dati per il settore energetico, sia in Polonia che nei mercati internazionali.

Magdalena Oleszko
Specialista marketing Bitstream
www.bitstream.pl