În prezent, industria energetică se confruntă cu provocări din ce în ce mai mari din cauza creșterii cererii de energie, a integrării surselor de energie regenerabilă și a nevoii de furnizare neîntreruptă a energiei. În contextul acestor schimbări, sincronizarea precisă a timpului și transmiterea fiabilă a datelor au devenit piatra de temelie a rețelelor energetice moderne. Fără aceste tehnologii avansate, ar fi imposibil să se asigure gestionarea eficientă a resurselor distribuite, monitorizarea stării infrastructurii și prevenirea defecțiunilor. În acest articol, vom discuta de ce sincronizarea temporală și tehnologiile de transmitere a datelor sunt cruciale pentru industria energetică și cum sprijină BitStream sectorul cu soluțiile sale inovatoare.

De ce este esențială sincronizarea precisă a timpului în industria energetică?

În industria energetică și în infrastructura sa critică de transport, sincronizarea precisă a timpului este esențială pentru punerea în aplicare a mecanismelor de stabilizare și monitorizare în timp real a rețelelor de transport și distribuție bazate pe conceptul de monitorizare la scară largă WAMS.

În prezent, performanța și funcționarea sistemelor de energie electrică sunt afectate în mod semnificativ de apariția surselor regenerabile de energie (SER), introducând noi provocări și probleme neprevăzute la nivelul întregului sistem.

În rețeaua de transport, o problemă importantă este natura intermitentă a SRE, ceea ce duce la un nivel ridicat de variabilitate a stării sistemului, precum și la incertitudini de funcționare în timp real, care pot provoca abateri anormale de frecvență și probleme de stabilitate. În plus, complexitatea și răspunsul rapid al generatoarelor cuplate la convertor ale generării de RES au introdus noi tipuri de probleme de stabilitate. Dezvoltarea surselor distribuite de energie regenerabilă va impune necesitatea unei coordonări active a funcționării acestora. Prin urmare, apare conceptul de rețele de distribuție active. În plus, natura schimbătoare a sarcinilor are un impact tot mai mare asupra dinamicii generale a sistemului energetic. Prin urmare, devine necesară monitorizarea multipunct a parametrilor de tensiune, curent, fază, frecvență (U,I,f,ϕ) și variabilitatea acestora, precum și corelarea spațio-temporală a acestor parametri. Fără o sincronizare temporală precisă, acest lucru nu este fezabil.

Cu o sincronizare precisă, operatorii de rețea pot pune în aplicare noi tehnologii și pot obține noi date de calitate. Acest lucru le permite să reacționeze imediat la anomaliile care previn defecțiunile. Analiza datelor de cea mai înaltă calitate după o defecțiune permite algoritmilor și operatorilor să învețe comportamentul sistemului. Acest lucru este esențial nu numai pentru menținerea stabilității rețelei, ci și pentru minimizarea pierderilor de resurse energetice.

Figura 1: Structura de comunicare la substație cu exemple de schimb de mesaje evidențiate.

Tehnologii avansate de sincronizare temporală - PTP și Ethernet sincron

Două tehnologii ies în evidență în special în contextul sincronizării temporale: PTPv2 (Precision Time Protocol) și Ethernet sincron. PTPv2, care respectă standardul IEEE 1588v2, permite transmiterea timpului precis prin rețele Ethernet cu o precizie de nanosecunde. Acest lucru este esențial în industria energetică, unde fiecare operațiune trebuie să fie sincronizată pentru a asigura funcționarea consecventă și stabilă a sistemului. Este important să înțelegeți că au fost create profiluri speciale pentru industria energetică, și anume PTP Power Profile, Utility Profile, care nu sunt utilizate în telecomunicații și automatizare și nu sunt operaționale cu acestea. Prin urmare, este important să se utilizeze soluții dovedite și dedicate pentru industria energetică.

Ethernet sincron (SyncE), pe de altă parte, asigură faptul că toate dispozitivele din rețea funcționează pe același ceas, ceea ce îmbunătățește calitatea timpului PTP în lanțul de sincronizare. Aceste tehnologii sunt deosebit de importante în aplicații precum controlul substațiilor electrice, unde sincronizarea între dispozitive este esențială pentru a asigura funcționarea fiabilă a întregii infrastructuri. BitStream implementează aceste tehnologii în dispozitivele sale, garantând astfel cel mai înalt nivel de precizie și securitate.

Transmiterea datelor în industria energetică modernă

La fel de importantă ca sincronizarea temporală este transmiterea fiabilă și deterministă a datelor, care garantează întârzieri minime și fluctuații ale pachetelor. Rețelele energetice moderne se bazează pe date colectate de la senzori distribuiți, contoare și dispozitive de control. Pentru ca sistemul să funcționeze eficient, aceste date trebuie să fie transmise în timp real, fără întârzieri sau interferențe.
Tehnologiile de transmitere a datelor, cum ar fi Ethernet și fibra optică, permit transmiterea unor cantități mari de date cu un debit ridicat și întârzieri minime. În rețelele electrice, redundanța - duplicarea conexiunilor cheie - este esențială, astfel încât, în cazul în care o conexiune cedează, datele să poată fi redirecționate imediat prin altă cale. BitStream oferă soluții cu mecanisme de redundanță încorporate care asigură funcționarea neîntreruptă chiar și în cazul defectării unei legături. Prin urmare, utilizarea soluțiilor de transmisie de date de mare viteză de până la 10Gbit/s și protecția împotriva pierderii zero a pachetelor, cum ar fi protocolul de redundanță paralelă PRP sau redundanța fără întreruperi de înaltă disponibilitate (HSR), este deja o cerință obligatorie.

BitStream ca furnizor de soluții pentru industria energetică

BitStream furnizează de ani de zile soluții avansate dedicate industriei energetice. Comutatoarele și multiplexoarele de fibră optică din seria HYPERION sunt concepute pentru cele mai solicitante aplicații, cum ar fi centralele electrice, fermele eoliene sau sistemele Smart Grid. Aceste dispozitive oferă nu numai o sincronizare precisă a timpului, ci și o transmisie de date sigură și fiabilă în medii industriale dificile, respectând și chiar depășind cerințele IEC61850.
De exemplu, comutatoarele HYPERION-500 suportă cu succes cerințele necesare, inclusiv redundanța conexiunilor fără pierderi și utilizează protocoale de securitate precum MACsec, asigurând transmiterea criptată a datelor și sincronizarea precisă a timpului. Serverul de timp de precizie PTP și SyncE integrat în comutator, echipat cu un receptor de timp de precizie GNSS multisistem și multi-frecvență cu detectare avansată a evenimentelor de bruiaj și spoofing, permite sincronizarea stabilă și sigură a dispozitivelor instalate în infrastructură. În plus, acest concept reduce un nivel de testare a interoperabilității. Alte soluții inovatoare și brevetate sporesc siguranța sincronizării și fiabilitatea transmisiei de date. Datorită acestor soluții, sistemele de alimentare pot funcționa fără întrerupere, chiar și în fața expunerilor din mediul înconjurător.

Figura 2: Exemplu de arhitectură de comunicare la o substație și între substații.

Viitorul sistemelor de sincronizare și transmitere a datelor în industria energetică

Tehnologiile legate de sincronizarea precisă a timpului și de transmiterea datelor vor juca un rol din ce în ce mai important în dezvoltarea industriei energetice. Odată cu creșterea surselor de energie regenerabilă și cu integrarea noilor tehnologii, cum ar fi IoT (Internet of Things), vor fi necesare o gestionare și o monitorizare și mai precise ale rețelelor.

Viitorul energiei este reprezentat de rețelele inteligente (Smart Grid), care necesită un schimb continuu de date în timp real. Sincronizarea temporală va deveni și mai importantă, deoarece va permite automatizarea completă a proceselor și un răspuns mai rapid la schimbările din rețea. În calitate de producător de top în domeniul sincronizării în timp și al transmiterii de date, BitStream va continua să dezvolte soluții inovatoare pentru rețelele sensibile la timp, care să răspundă cerințelor viitorului.

Suntem în continuă evoluție, iar cea mai recentă inovație a noastră, MOD-RTR.1, un nou modul router pentru switch-ul Hyperion 500, este o dovadă în acest sens. Modulul este finalizat în proporție de 90%, dar a atras deja un interes deosebit, în special în ceea ce privește caracteristicile sale avansate de securitate. Caracteristicile sale cheie includ o viteză de comunicare de 1Gbps între comutator și router, o temperatură de funcționare de la -40 la +85°C, suport pentru protocoale de rutare dinamice precum RIP, OSPF, BGP și protocolul de rutare de mare viteză RAY. În plus, MOD-RTR.1 oferă funcții avansate de securitate, inclusiv IPSEC, VPN și Firewall, precum și suport pentru protocoalele VRRP, VRF, Load Balancing și tehnologia Zeropacketloss pentru nivelul L3, ceea ce îl face soluția perfectă pentru aplicații de rețea solicitante.

Fot. Bitstream

Activitatea BitStream în industria energetică

BitStream nu numai că oferă tehnologii de ultimă generație, dar participă activ și la viața industriei energetice și a industriilor conexe, luând parte la numeroase târguri și conferințe. În cursul acestui an, ne vom prezenta soluțiile la evenimente precum Conferința SPIN din Ustrzyki Dolne, Conferința KAE din Varșovia, Conferința InSec din Varșovia, Conferința ITSF din Sevilla, Conferința SIWE din Wisła și Energetics din Lublin, printre altele.

În plus, anul acesta am organizat deja un atelier tehnic pentru proiectanții din domeniul ingineriei energetice electrice la Hotelul Arche din Lublin în perioada 26-27 iunie. Acestea au fost două zile intensive, pline de cunoștințe valoroase și abilități practice. La eveniment au participat specialiști din sectorul energetic, care au avut ocazia să își extindă cunoștințele și să dobândească noi competențe necesare în activitatea lor de zi cu zi. Participanții au apreciat în mod deosebit abordarea practică a aspectelor discutate. Programul de formare a acoperit o gamă largă de subiecte, de la prezentări ale produselor Hyperion și Quazar, la tehnologii IEC 61850, la comunicarea sigură cu sistemele de resurse energetice distribuite.

Rezumat

Sincronizarea temporală și transmiterea datelor sunt pietrele de temelie ale rețelelor electrice actuale, asigurând operațiuni fiabile și sigure. Cu tehnologii precum PTPv2 și Ethernet sincron, sistemele energetice pot funcționa cu cea mai mare precizie și stabilitate. BitStream joacă un rol cheie în furnizarea de soluții avansate care satisfac nevoile celor mai exigente aplicații industriale. Proiectate pentru condiții extreme, dispozitivele noastre sunt utilizate în infrastructuri energetice critice din întreaga lume. Ne îmbunătățim constant tehnologiile, iar prezența noastră la târguri și conferințe industriale nu face decât să consolideze poziția BitStream ca producător de top de soluții de sincronizare temporală și transmisie de date pentru sectorul energetic - atât în Polonia, cât și pe piețele internaționale.

Magdalena Oleszko
Specialist în marketing Bitstream
www.bitstream.pl