Digitalizarea crescândă a infrastructurii critice, inclusiv a substațiilor, necesită implementarea unor soluții de comunicare din ce în ce mai sofisticate. Sistemele tradiționale bazate pe metode analogice de transmitere a datelor devin insuficiente în fața cerințelor tot mai mari de fiabilitate, reacție și securitate operațională.

Busul de proces în substațiile moderne

Un element-cheie în modernizarea sectorului energiei electrice este magistrala de proces, o soluție fundamentală pentru transmiterea digitală a datelor în conformitate cu standardul IEC 61850, care permite înlocuirea cablurilor tradiționale de cupru cu infrastructura Ethernet, ceea ce conduce la îmbunătățiri semnificative în funcționarea sistemelor de energie electrică.

Unul dintre aspectele-cheie ale implementărilor moderne ale magistralelor de proces este, de asemenea, utilizarea de uplink-uri de 10 Gbps, care asigură performanța adecvată și determinismul datelor transmise. Creșterea cantității de informații transmise și numărul tot mai mare de dispozitive de măsurare forțează utilizarea unor conexiuni mai rapide care elimină limitările sistemelor vechi de 1 Gbps.

Ce este un process bus și cum funcționează?

O magistrală de proces este un strat de comunicații digitale care permite schimbul de date între dispozitivele de teren și dispozitivele de control dintr-o stație electrică. Acesta este unul dintre pilonii cheie ai standardului IEC 61850, care definește modul în care dispozitivele electronice inteligente (IED) comunică între ele.

În mod tradițional, măsurarea și controlul în substații au fost efectuate prin fire de cupru, conectând transformatoarele de curent și tensiune (CT/VT) la relee de protecție. Cu toate acestea, această soluție avea o serie de dezavantaje, cum ar fi costurile ridicate de instalare, susceptibilitatea la interferențe electromagnetice și flexibilitatea limitată în cazul în care sistemul trebuia să fie extins. Busul de proces elimină necesitatea conexiunilor analogice și le înlocuiește cu o rețea Ethernet în care:

• datele de măsurare sunt transmise ca valori digitale eșantionate - SV (Sampled Values),
• semnalele de control și protecție sunt transmise utilizând protocolul GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event).

Arhitectura stației IEC 61850 pentru transmisie și sincronizare temporală cu monitorizare, bazată pe soluțiile BitStream, foto: BitStream

Aceasta înseamnă că datele analogice sunt convertite în formă digitală încă de la nivelul dispozitivului de teren și apoi transmise dispozitivelor de control în rețeaua Ethernet. Această abordare nu numai că simplifică arhitectura sistemului, dar crește și fiabilitatea acestuia și reduce riscul de erori operaționale.

Avantajele magistralei de proces

Reducerea costurilor de instalare și întreținere - unul dintre principalele motive pentru implementarea busului de proces este reducerea costurilor asociate cu instalarea și întreținerea infrastructurii de cabluri. În soluțiile tradiționale, fiecare linie de contorizare necesita rutarea unor cabluri de cupru separate, ceea ce creștea costurile cu materialele și forța de muncă. Utilizarea process bus elimină necesitatea de a realiza aceste conexiuni costisitoare, permițând

• reducerea cantității de materiale utilizate (cupru, izolație, tăvi de cabluri),
• reducerea timpului de instalare și implementare a sistemului,
• minimizarea riscului de erori de conectare datorate defecțiunilor fizice ale cablurilor.

Flexibilitate și scalabilitate mai mari - magistrala de proces permite extinderea cu ușurință a sistemului prin adăugarea de noi dispozitive, fără a fi nevoie să se instaleze cabluri suplimentare. În soluțiile bazate pe IEC 61850, este suficientă configurarea software-ului corespunzător pentru a adăuga un nou punct de măsurare sau dispozitiv de protecție, dacă lanțul de sincronizare permite acest lucru. Acest lucru accelerează semnificativ procesul de actualizare și reduce costul acestuia.

Mai multă fiabilitate și toleranță la defecțiuni - sistemele tradiționale sunt susceptibile la interferențe electromagnetice și la deteriorarea fizică a cablurilor. Busul de proces, care funcționează pe bază de transmisie de date prin fibră optică, elimină aceste probleme și oferă

• imunitate la interferențele electromagnetice de la substațiile HV și LV,
• calitate îmbunătățită a transmiterii semnalului, datorită transmiterii digitale a datelor,
• redundanța conexiunilor, care permite funcționarea fiabilă chiar și în cazul defectării unei singure legături.

Soluții BitStream, fotografie: BitStream

IEC 61850 10 Gbps process bus - necesitate sau exces?

Ca Bitstream, vedem cum transformarea digitală în sectorul energiei electrice din Polonia ia amploare. Sistemele tradiționale bazate pe conexiuni analogice sunt înlocuite de rețele moderne de transmisie digitală conforme cu IEC 61850 și, astfel, apare magistrala de proces menționată anterior, care permite transmiterea directă a valorilor de măsurare SV eșantionate și a mesajelor de control (GOOSE) prin Ethernet.

Lățimea de bandă uzuală de 1 Gbps, deși încă utilă, începe să devină o limitare în sistemele de transmisie. Numărul crescut de măsurători și creșterea frecvenței de eșantionare generează o cerere tot mai mare de lățime de bandă. De exemplu, pentru substațiile de 110, 220 și 400 kV, unde sunt utilizate mai multe transformatoare optice și tradiționale, numărul de eșantioane pe secundă poate depăși 16 000 per punct de măsurare. Creșterea ratei de eșantionare (de exemplu, 256 de eșantioane pe ciclu) face ca fluxul de date să crească și 1 Gbps nu mai este suficient. Introducerea a 10 Gbps în magistrala de proces permite:

• reducerea întârzierilor în transmiterea datelor critice de măsurare,
• manipularea unui număr mai mare de dispozitive fără riscul de congestionare a rețelei,
• îmbunătățirea determinismului transmisiei prin implementarea TSN ( Time-Sensitive Networking),
• implementarea redundanței complete în comunicațiile de securitate energetică, eliminând punctele potențiale de defecțiune.

În consecință, 10 Gbps devine un standard care nu numai că satisface nevoile actuale, dar pregătește și infrastructura pentru cerințele viitoare ale dezvoltării rețelelor inteligente.

Process bus în rezumat

Process bus este baza substațiilor moderne, eliminând conexiunile analogice în favoarea transmiterii digitale a datelor. Implementarea sa crește fiabilitatea, reduce costurile și simplifică întreținerea. În același timp, utilizarea a 10 Gbps în magistrala de proces permite transmiterea deterministă, eliminarea latenței și suportul pentru un număr mai mare de dispozitive, făcând din aceasta un standard esențial în industria modernă a energiei electrice. Bitstream are atât expertiza, cât și produsele potrivite pentru a sprijini această transformare. Cu soluțiile noastre aliniate la standardul IEC 61850 și la cerințele autobuzelor de proces moderne, suntem în măsură să ajutăm la construirea de substații complet digitale, scalabile și eficiente. Oferim comutatoare industriale, dispozitive de sincronizare și sisteme de monitorizare a parametrilor de comunicare pentru a implementa o infrastructură care îndeplinește cele mai înalte standarde tehnologice și de siguranță.

Ca Bitstream, nu numai că urmărim dezvoltarea digitalizării, dar participăm activ la aceasta prin oferirea de soluții de rețea avansate pentru infrastructura critică. Experiența și tehnologiile noastre permit clienților noștri să construiască viitorul industriei energiei electrice într-un mod fiabil, scalabil și pregătit pentru următoarea provocare.

Maciej Tomczyszyn
Director de marketing și vânzări Bitstream

Sursa: Energetyka.plus