Industria energetică evoluează rapid pentru a răspunde cerințelor unui viitor digital, descentralizat și decarbonizat. Printre aceste progrese, virtualizarea în stații poate transforma sistemele tradiționale în medii dinamice, flexibile și definite de software.
O stație virtuală reprezintă următoarea evoluție a stațiilor digitale, în care toate funcțiile de protecție, automatizare și control (PAC) sunt executate într-un mediu software. Dispozitivele electronice inteligente (IED) tradiționale sunt înlocuite cu omologi virtualizați care rulează pe servere centrale. Funcțiile cheie, inclusiv securitatea cibernetică, comutatoarele și firewall-urile, sunt centralizate și gestionate dinamic prin intermediul platformelor software. Stațiile virtuale permit utilităților să consolideze hardware-ul, să sporească flexibilitatea operațională și să reducă costurile.
Virtualizarea decuplează aplicațiile software de hardware-ul de bază utilizând mașini virtuale (VM) gestionate de un hipervizor. Un singur server poate găzdui mai multe VM-uri, fiecare dedicată unor funcții specifice. Această abordare nu numai că reduce amprenta hardware fizică, dar simplifică și întreținerea și actualizările, făcând stațiile mai agile și mai rezistente.
Drivere pentru virtualizare
Impulsul către virtualizare este determinat de mai mulți factori. Complexitatea crește odată cu integrarea resurselor energetice distribuite (DER), cum ar fi energia solară și eoliană, în rețelele tradiționale. Aceste resurse sunt intermitente și exercită o presiune suplimentară asupra rețelelor și, ca atare, necesită soluții avansate de control și protecție, iar stațiile virtuale oferă flexibilitatea și scalabilitatea necesare pentru a se adapta la aceste nevoi în evoluție.
Mai mult, virtualizarea aduce eficiență din punct de vedere al costurilor prin reducerea cheltuielilor prin consolidarea hardware-ului și scăderea costurilor operaționale prin simplificarea proceselor de întreținere. Îndeplinirea obiectivelor de sustenabilitate este un alt factor determinant, deoarece gestionarea mai inteligentă a energiei și dependența redusă de infrastructura fizică consumatoare de resurse contribuie la aceste obiective. Standarde precum IEC 61850 oferă, de asemenea, interoperabilitatea și integrarea necesare pentru sistemele PAC virtualizate, încurajând și mai mult trecerea la virtualizare.
Sistemele PAC virtualizate oferă beneficii semnificative. Prin înlocuirea mai multor IED-uri cu soluții definite de software, companiile de utilități își pot reduce dependența de hardware specific furnizorului. După cum s-a menționat deja, aceste sisteme sunt, de asemenea, foarte scalabile și flexibile, permițând adaptarea ușoară la cerințele în schimbare ale rețelei. Reziliența sporită este un alt avantaj, deoarece mediile virtualizate suportă mecanisme de failover și îmbunătățesc fiabilitatea generală a sistemului. Colectarea centralizată a datelor în stațiile virtuale facilitează luarea unor decizii mai bune în domenii precum gestionarea calității energiei electrice, detectarea defecțiunilor și optimizarea consumului de energie.
Provocările virtualizării
Deși virtualizarea oferă numeroase avantaje, aceasta introduce, de asemenea, provocări distincte, în special în ceea ce privește disponibilitatea și fiabilitatea. Într-o stație fizică cu IED-uri, defectarea unui singur dispozitiv afectează de obicei doar o mică parte a sistemului, deoarece fiecare IED funcționează independent. În schimb, o stație virtuală se bazează pe un număr mai mic de componente hardware redundante – adesea doar două servere – ceea ce o face să pară mai puțin robustă dintr-o perspectivă pur hardware-centrică. Cu toate acestea, componentele funcționale ale unei stații virtuale pot fi distribuite în mașini virtuale (VM) și containere, fiecare reprezentând funcționalitatea unui IED fizic. Această abordare îi permite să atingă un nivel de disponibilitate și fiabilitate comparabil cu cel al unei stații fizice atunci când este proiectată cu mecanisme adecvate de redundanță și toleranță la erori. Trecerea la acest model necesită o schimbare de mentalitate – de la gândirea în termeni de componente hardware la concentrarea asupra resurselor virtualizate precum VM-urile și containerele.
Standardul IEC 61850 este esențial în virtualizarea sistemelor PAC. Prin definirea protocoalelor pentru comunicare și schimbul de date, IEC 61850 asigură interoperabilitatea între dispozitive și sisteme de la diferiți furnizori. Suportul său pentru valorile eșantionate (SV) și mesageria Generic Object-Oriented Substation Event (GOOSE) este deosebit de important pentru a permite comunicarea datelor în timp real în stațiile virtuale.
Viitorul automatizării stațiilor
Platformele software avansate pot susține dezvoltarea operațiunilor virtualizate, iar zenon Energy Edition de la COPA-DATA este un instrument de automatizare eficient pentru virtualizarea stațiilor. Cu suport cuprinzător pentru IEC 61850 și caracteristici avansate, inclusiv redundanță fără întreruperi, inginerie automatizată și control al accesului bazat pe roluri, zenon simplifică tranziția către stații definite de software. Arhitectura zenon independentă de furnizor suportă diverse protocoale și hardware, permițând integrarea flexibilă într-o gamă largă de sisteme. Șabloanele preconfigurate și designul orientat pe obiecte simplifică complexitatea proiectului și reduc erorile, în timp ce vizualizarea și controlul în timp real sporesc conștientizarea situației. În plus, zenon facilitează implementarea funcțiilor PAC în medii virtuale, asigurând o funcționare fiabilă și sigură.
Pe măsură ce companiile de utilități se pregătesc pentru implementarea pe scară largă a stațiilor virtuale în următorul deceniu, accentul va fi pus pe validarea tehnologiei, asigurarea conformității și adaptarea practicilor operaționale. Virtualizarea reprezintă o oportunitate transformatoare de a moderniza stațiile, de a îndeplini obiectivele de sustenabilitate și de a construi o rețea rezistentă, pregătită pentru viitor. zenon de la COPA-DATA poate sprijini industria energetică în acest proces, reducând decalajul dintre sistemele tradiționale și următoarea generație de stații definite de software.
(Articol original: Jürgen Resch, martie 2025, https://blog.copadata.com/virtualization-the-next-step-in-substation-evolution)
KREATRON AUTOMATION SRL