Introducere

În prezent, industria energetică se confruntă cu numeroase provocări din cauza creșterii cererii de energie, a nevoii de utilizare eficientă a energiei și a integrării surselor regenerabile. Procesul de integrare poate fi realizat în mod eficient prin soluții bazate pe cele definite în setul de standarde IEC 61850. Soluțiile cheie se bazează pe metode digitale de eșantionare, unde sincronizarea precisă a timpului este un element indispensabil. Precizia acesteia determină calitatea și fiabilitatea datelor de măsurare și este extrem de importantă. La substații, datele sunt de obicei achiziționate prin intermediul sistemelor de sincronizare GNSS (Global Navigation Satellite System) și transportate prin protocoale precum IEEE 1588 PTPv2. Este extrem de important să se proiecteze achiziția de timp de precizie și transportul acestuia astfel încât aceste procese să fie cât mai controlabile și mai fiabile posibil.

BITSTREAM S.A. - lider în tehnologia sincronizării timpului pentru industria energetică

Timp de 18 ani, BitStream a furnizat soluții fiabile companiilor energetice poloneze și internaționale. În calitate de lider al industriei, oferim dispozitive inovatoare care îmbunătățesc conectivitatea, comunicarea și gestionarea în sectorul energetic. Până în prezent, am finalizat cu succes mai mult de 1.000 de implementări, care acoperă gestionarea substațiilor, a companiilor energetice și a resurselor energetice distribuite.
Soluțiile noastre susțin procesele cheie din industria energetică, permițând monitorizarea și gestionarea în timp real a rețelelor. Colaborăm cu liderii de piață pentru a furniza tehnologii care stabilesc noi standarde în industrie.

Sincronizarea precisă a timpului ca bază pentru fiabilitate

Soluțiile de eșantionare digitală în timp real, cum ar fi unitățile de măsurare a fazorilor (PMU) sau valorile eșantionate (SV), necesită sincronizare temporală cu o precizie de micro sau nanosecunde. Eșantionarea digitală a PMU și SV este concepută pentru a permite monitorizarea pe zone a proceselor dinamice, permițând un răspuns rapid la supraîncărcări, tranzitorii sau chiar predicția defecțiunilor echipamentelor. În plus, formatul datelor și etichetarea acestora permit foarte bine utilizarea metodelor de învățare automată cu supraveghere sau a metodelor bazate pe grafice pentru a controla rețeaua.
Există o condiție prealabilă esențială pentru îndeplinirea sarcinilor prevăzute, și anume sincronizarea precisă a timpului la niveluri de submicrosecunde. Trebuie menționat faptul că precizia acesteia este un factor important pentru a putea utiliza datele în modul cel mai eficient. Nu este mai puțin important ca diferența în precizia sincronizării între dispozitive să nu fie mai mare de câteva sute de nanosecunde, deoarece acesta va fi principalul factor care va determina adecvarea datelor pentru analiză. Prin urmare, este rezonabil și puternic recomandat să le obțineți dintr-o sursă centrală și să le transportați utilizând protocoale de rețea dezvoltate și dispozitive dedicate. Un exemplu de soluție utilizată în astfel de cazuri este IEEE 1588 PTPv2. Implementarea de către industria energetică a protocolului PTP v.2, denumită Power Profile și Utility Profile, poartă o serie de caracteristici specifice de protocol necesare pentru generarea sa în sursele de timp, precum și pentru transport. Soluțiile BITSTREAM, de la serverele de timp HYPERION-500 și QUAZAR-700 la comutatoarele de magistrală de proces HYPERION 402 , suportă întreaga gamă de cerințe normative IEC61850 pentru implementările PTP v.2 acceptate și sunt testate pentru interoperabilitate cu majoritatea soluțiilor de substații ale producătorilor principali.

Tehnologiile GNSS ca sursă de timp fiabilă

În mod tradițional, s-a acceptat să se facă referire la sistemele de poziționare și cronometrare ca sisteme GPS, care a fost asociat cu primul și, într-un fel, cel mai popular sistem de timp și poziție, Sistemul Global de Poziționare. Acesta a fost urmat de receptoarele GPS și Glonass (sistemul rusesc). Dezvoltarea tehnologiei, precum și situația geopolitică și atacurile asociate asupra semnalului radio GPS au creat o situație în care implementarea receptoarelor bazate pe un singur sistem GPS este foarte riscantă. În lumea extragerii timpului atomic din semnalele radio, avem o situație în care, pe lângă GPS, există în prezent sisteme precum Gallileo (European and Only Civil Positioning and Time System), Beidou, QZSS. În plus, pentru fiecare dintre aceste sisteme, se pare că transmisia se realizează simultan pe benzi de frecvență diferite (Fig.1), ceea ce face mult mai dificilă interferența semnalului prin metode de bruiaj și spoofing.

Fig. 1. Sisteme și benzi de semnal radio GNSS disponibile

Prin urmare, dacă folosim dispozitive de ultimă generație pentru achiziția timpului de precizie, cum ar fi ceasurile de referință primară (PRTC), putem gestiona cu ușurință riscurile și crește rezistența sistemului la atacuri.

Astfel de receptoare GNSS sunt încorporate în dispozitivele BITSTREAM, cum ar fi HYPERION-500 și QUAZAR-700. Prin posibilitatea de a utiliza semnale de la sistemele disponibile și diversificarea benzilor de frecvență pentru ceasurile primare și de rezervă, putem crește semnificativ rezistența sistemului. În plus, algoritmii integrați de analiză, autentificare și monitorizare a semnalului cresc și mai mult gradul de conștientizare a stării de sincronizare.

Dezvoltarea tehnologiei în acest domeniu și utilizarea acesteia în soluțiile BITSTREAM permit utilizarea soluțiilor noastre PRTC în aplicații de infrastructură critică.

Switch Ethernet industrial administrat modular cu funcție de server de sincronizare PTPv2 și 4 interfețe Hyperion 500 de 1/2,5/10 Gbps.

Monitorizarea și transportul timpului de precizie

Precizia timpului de precizie în echipamentele energetice va afecta capacitatea de a detecta schimbările de fază, de frecvență, schimbările în nivelurile de putere activă și reactivă indicate, nivelurile de semnal armonic și multe alte citiri. Lipsa sincronizării timpului între dispozitive sau inexactitatea ridicată a acestuia (diferența de timp în raport cu atomicul și între dispozitive) va cauza blocarea protecțiilor și declanșarea eronată. Prin urmare, devine rațională și necesară monitorizarea constantă a sistemului în ceea ce privește calitatea și fiabilitatea sincronizării temporale a stațiilor și a dispozitivelor non-staționare dependente de acesta. Monitorizarea poate fi multifațetată și poate fi legată de compararea directă a timpului în diferite puncte ale sistemului sau de analiza indirectă a semnalelor generate. O astfel de monitorizare ar trebui să fie efectuată în mod continuu prin intermediul unor soluții dedicate care colectează date istorice pentru analize ulterioare post-eveniment. În scopuri de întreținere, sistemul ar trebui să permită alarmarea directă a pragurilor și setărilor depășite, cu indicarea interactivă a cauzei și localizării alarmei. Astfel de soluții au fost implementate în QUAZAR-700 și în software-ul QuazarNeT. Sistemul permite monitorizarea directă și întreținerea calității sincronizării precise a timpului în infrastructura stației, așa cum se arată în figura 2.

Figura 2: Arhitectura stației IEC 61850 pentru transmisie și sincronizare temporală cu monitorizare bazată pe soluțiile BITSTREAM S.A..

Soluțiile BITSTREAM în practică

Soluțiile BITSTREAM oferă ceasuri de precizie multi-sistem și multi-frecvență și comutatoare cu monitorizare și suportă standardele de sincronizare temporală IEEE 1588 PTPv2 Power Profile și Utility Profile pe porturi Ethernet în configurații Parallel Redundancy Protocol (PRP) și High Availability Seamless Redundancy Protocol (HSR). Dispozitivele oferă matrice de comutare și viteze ale porturilor de 10Gbit/s, ceea ce este important în cazul volumului mare de trafic de difuzare specificat în standardele IEC 61850. Dispozitivele noastre suportă eficient atât funcțiile de redundanță a transmisiei de date din stratul Ethernet L2, cât și cele avansate din stratul L3. Mecanismele PRP/HSR oferă redundanță fără pierderi, iar soluțiile de redundanță conforme cu ITU-T G.8032 garantează timpi de comutare mai mici de 20 ms, minimizând riscul de întrerupere în sistemele de alimentare critice. Soluțiile PoE++ IEEE802.3bt încorporate permit alimentarea cu energie a dispozitivelor periferice, cum ar fi camerele sau senzorii. Pe baza soluțiilor BITSTREAM, soluțiile de rețea tehnologică, cum ar fi sistemul de protecție tehnică (SOT), pot fi astfel realizate într-un mod sigur.

Foto: Sonda de monitorizare a calității sincronizării rețelei gestionate cu funcția de server de timp Quazar-700.

Viitorul sincronizării temporale în industria energetică

Tehnologiile de sincronizare temporală de precizie vor juca un rol din ce în ce mai important în dezvoltarea industriei energetice. Este important să ne amintim că marcarea eșantioanelor cu ștampile de timp de precizie este o presupunere fundamentală a celor mai sofisticate soluții IEC61850. Prin urmare, datorită dezvoltării proceselor de învățare automată și inteligență artificială (AI), calitatea datelor și procesarea paralelă vor fi fundamentale pentru procesele de automatizare din industria energetică.

BITSTREAM, cu experiența și tehnologiile sale avansate, dorește să sprijine schimbările din industria energetică modernă prin furnizarea de soluții care ajută la construirea unui viitor energetic mai durabil. În calitate de producător de top în domeniul sincronizării temporale și al transmiterii de date, planul nostru pentru viitor este să continuăm să dezvoltăm soluții inovatoare pentru rețelele sensibile la timp, care să îndeplinească cerințele viitorului.

Rezumat

Tehnologiile GNSS de sincronizare temporală de precizie și dispozitivele BITSTREAM S.A. permit funcționarea fiabilă și eficientă a rețelelor electrice. În prezent, sincronizarea precisă a timpului devine fundamentul pentru soluții inovatoare în conformitate cu cerințele pieței moderne, care contribuie la o lume mai durabilă și mai sigură. La BITSTREAM S.A., aceasta este o prioritate pentru noi, motiv pentru care dispozitivele noastre, concepute pentru condiții extreme, sunt îmbunătățite constant și sunt utilizate în infrastructurile energetice critice din întreaga lume. Cu soluțiile BITSTREAM S.A., viitorul energiei poate deveni o realitate astăzi.

Magdalena Oleszko
Specialist marketing senior Bitstream
www.bitstream.pl