Robuste Kommunikation für die Stationsautomatisierung
Damit hochwertige Anlagen geschützt und Netzausfälle minimiert werden
Die Stationsautomatisierung – Substation Automation – ist ein kritischer Prozess, mit dem hochwertige Anlagen geschützt und Netzausfälle minimiert werden können. Damit dieser Prozess reibungslos abläuft, müssen sämtliche Geräte zuverlässig und mit geringer Latenzzeit miteinander kommunizieren.
Alles, was Sie für eine zukunftsfähige Stationsautomatisierung benötigen – an jedem Ort der Welt
Damit die digitale Transformation im Energiesektor gelingt, sind entschlossenes Handeln, Flexibilität und Investitionen in intelligente digitale Technologien Voraussetzung. Dies gilt in besonderem Maße für die Technologien, die die Kommunikation der Geräte untereinander ermöglichen – ganz gleich wie anspruchsvoll die Anwendungsbedingungen sind.Das digitale Umspannwerk (Digital Substation) baut auf Datenkommunikation und modernsten elektronischen Messtechnologien auf, bei denen Informationen zu Spannung und Strom digitalisiert und analoge Signale in Ethernet-Frames umgewandelt werden. Diese werden über Ethernet zu einem Substation-Automatisierungssystem übertragen. Digitale Umspannwerke bieten vielfältige Vorteile wie höhere Messgenauigkeit, bessere Systemverfügbarkeit, mehr Flexibilität, die Integration zusätzlicher Funktionen und mehr Sicherheit. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Senkung der Investitionsausgaben durch Minimierung der Materialkosten (geringerer Bedarf an Kupferkabeln) und Arbeitskosten. Industrielle Ethernet-Netzwerke spielen eine Schlüsselrolle bei diesem neuartigen Ansatz, bei dem die Kommunikationsinfrastruktur fester Bestandteil der betriebskritischen Schutz- und Leittechnik ist. Damit entsteht ein extrem robustes und zuverlässiges Netzwerk für den Prozessbus und Stationsbus nach IEC 61850 – eine zentrale Voraussetzung, um die Investitionsausgaben für Umspannwerke zu senken.
Die typische Lebensdauer eines Systems zur Stationsautomatisierung beträgt 15 Jahre. Während dieser Zeit muss es an 365 Tagen im Jahr rund um die Uhr zuverlässig funktionieren. Die regelmäßige Wartung zur Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft der Anlagen bedeutet für die Energieversorger einen erheblichen Kostenfaktor. Robuste Anlagenkomponenten mit langer mittlerer Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF – Mean Time Between Failure) sind daher ideal für die Stationsautomatisierung. Unempfindlichkeit gegenüber rauen Umgebungsbedingungen ist bei sämtlichen Systemkomponenten – auch bei den Netzwerken – ein Muss. Die Kommunikationsgeräte dürfen keine Datenpakete verlieren – auch nicht an Standorten in der Nähe von Hochspannungsanlagen, an denen sie starken elektromagnetischen Feldern, Erschütterungen, Vibrationen, Blitzschlag oder starken Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Robust konzipierte Geräte, die die Standards IEC 61850-3 und IEEE 1613 erfüllen oder sogar übertreffen, leisten einen wichtigen Beitrag zur Senkung der Betriebs- und Instandhaltungskosten der Energieversorger.
Die Lebensdauer von Umspannwerken beträgt ca. 15 Jahre. Das bedeutet, dass bei Energieversorgern noch zahlreiche elektronische Anlagenteile im Einsatz sind, die nur über serielle Kommunikationsschnittstellen verfügen. Mit dem steigenden Bedarf für Fernzugriffe und Fernüberwachung müssen auch bereits installierte serielle Geräte in IP-Netzwerke eingebunden werden. Industrielle Netzwerke müssen nicht nur kostengünstige IP-Konnektivität für moderne Geräte bieten, sondern auch eine nahtlose Seriell-zu-IP-Konvertierung für bereits vorhandene Schutz- und Steuerungsrelais und RTUs ermöglichen. Techniker können damit Daten wie Konfigurationsdateien herunter- und hochladen und Fehlerdatensätze über IP-Kommunikation extrahieren. Mithilfe von Equipment, das Serial-Server-Funktionalitäten unterstützt, können die Versorgungsunternehmen die Lebensdauer älterer Systeme bis zu zehn Jahre verlängern und damit die Rendite ihrer Anlagen sichern.
Bei der konventionellen Stationsautomatisierung sind systemkritische Signale wie Auslösebefehle über analoge Kupferkabel fest verdrahtet. In digitalen Umspannwerken werden kritische Daten als Ethernet-Frames über industrielle Kommunikationsnetze übermittelt. Extrem hohe Netzwerkzuverlässigkeit ist dabei unabdingbar für die sichere und fehlerfreie Übertragung betriebskritischer Daten wie GOOSE-Nachrichten. Glasfasertechnik ist erforderlich, um vor elektromagnetischen Störungen zu schützen. Die Netzwerkgeräte müssen robust und mit redundanten, hoch belastbaren Stromversorgungen ausgerüstet sein. In der Kommunikationsarchitektur wird stoßfreie Redundanz verlangt, damit das Netzwerk im Falle einer Störung die Betriebsbereitschaft über alternative Verbindungen innerhalb von null Millisekunden wiederherstellen kann und keine Datenpakete verlorengehen. Darüber hinaus benötigen industrielle Kommunikationsnetzwerke eine präzise Zeitsynchronisation: Moderne Umspannwerksanwendungen wie der IEC-61850-Prozessbus oder Synchrozeiger-Messgeräte benötigen Synchronisationssignale mit einer Genauigkeit unterhalb des Millisekundenbereichs. Die Netzwerkgeräte in diesen Applikationen müssen hochpräzise Zeitsynchronisationsprotokolle wie IEEE 1588 unterstützen, um diese Anforderungen zu erfüllen.
Aufgrund der zunehmenden Arbeitskräftemobilität und der steigenden Anzahl hochgradig vernetzter Unternehmensumfelder benötigen Energieversorgungsunternehmen eine sichere Fernzugriffsmöglichkeit für die Überwachung ihrer Anlagen. Hierfür bieten sich Ethernet- und IP-Netzwerke an. Allerdings sind die Unternehmen immer häufigen gezielten Angriffen von Cyberkriminellen ausgesetzt. Deshalb muss eine WAN-Kommunikationsinfrastruktur (Wide Area Network – Weitverkehrsnetz) auf einem stabilen Fundament von IP-Routern, Security-Gateways und Geräten aufgebaut werden, die die Unternehmen vor Cyberattacken und Schadsoftware schützen. Port-Sicherheit, Datenverschlüsselung, starke Zwei-Faktor-Authentifizierung, rollenbasierte Zugriffskontrolle (RBAC), anomaliebasierte Intrusion-Detection-Systeme (IDS) für industrielle Anforderungen, Deep Packet Inspection (DPI), Intrusion-Prevention-Systeme (IPS) und Next-Generation-Firewalls (NGFW) zählen zu den Technologien, die jeder Energieversorger in sämtlichen Systemen implementieren muss, die für Fernzugriff ausgelegt sind.
Hier erfahren Sie mehr über Cybersecurity für Energieversorgungsunternehmen
Robuste Kommunikation für digitale Umspannwerke
Mit der Digitalisierung beginnt für die Stromversorgungswirtschaft in aller Welt ein neues Zeitalter. Die Digital Substation ist einer ihrer Eckpfeiler. Sie ist das Herzstück einer Infrastruktur, die immer größere Datenmengen bewältigen muss, die in den nächsten Jahren von den Komponenten in digitalisierten Umspannwerken erzeugt und verarbeitet werden. Zur Vorbereitung auf die Zukunft müssen die Betreiber den Informations- und Datenaustausch im Stromnetz und in den unterstützenden Kommunikationsnetzen optimieren.Ein digitales Umspannwerk kann während seiner gesamten Lebensdauer – von der Planung über den Betrieb bis hin zur Wartung – wesentlich kostengünstiger betrieben werden. Darüber hinaus sorgt es für höhere Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der gesamten Energieversorgung. Deshalb bieten diese Umspannwerke einen Mehrwert, der sich für Versorgungsunternehmen und Netzbetreiber unmittelbar bezahlt macht.
Knowledge on demand
In unserem On-Demand-Webinar erfahren Sie alles über wichtige Netzwerktechnologien und aktuelle Trends wie Time-Sensitive Networking, Edge Computing, Virtualisierung und IIoT (nur Englisch).
Zahlen und Fakten
IEC 61850-3-konform
höhere Lebensdauer der Installation
geringerer Zeitbedarf für Reparaturen vor Ort
Kommunikationslösungen von Siemens sorgen für eine hohe Zuverlässigkeit gepaart mit einer Reduktion der Betriebskosten.
Securityhinweis
Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts. Weitergehende Informationen über Industrial Security finden Sie unter:
