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Transition Networks ist vollständig im Besitz von Lantronix, Inc.

Transition Networks

Marktbeschreibung

Die Fähigkeit, zuverlässigen Strom für Wohn- und Geschäftszwecke bereitzustellen, hängt von einer umfangreichen Infrastruktur ab, die aus Stromerzeugungsanlagen, Übertragungskabeln, Umspannwerken und lokalen Transformatoren besteht. Diese Infrastruktur trägt maßgeblich dazu bei, Strom von den Erzeugungsanlagen zum Verbraucher zu transportieren.

Stromerzeugung

Vor Jahren fand die Stromerzeugung in großen Anlagen statt, in denen verschiedene Stromerzeugungstechnologien zum Einsatz kamen. Kraftwerke befanden sich häufig entlang großer Flüsse, um die Kraft des fließenden Wassers zu nutzen und Wasserturbinen zur Stromerzeugung zu drehen. Wo keine großen Flüsse vorhanden waren, verwendeten Kraftwerke Kohle oder Erdgas, um Dampf zu erzeugen, um Dampfturbinen zur Stromerzeugung zu drehen. Fortschritte in der Kerntechnik schufen Kraftwerke, die Kernmaterial zur Erzeugung von Dampf zur Rotation von Dampfturbinen verwendeten.

Die jüngsten Entwicklungen bei erneuerbaren Energiequellen mit geringeren Auswirkungen auf die Umwelt haben zu einer Vielzahl von Energiequellen geführt, darunter Windparks, Solarparks und sogar Solarsysteme für Privathaushalte. Diese Vielfalt an Stromerzeugungsquellen trägt zwar dazu bei, unsere Abhängigkeit von den großen Stromerzeugungsanlagen zu verringern, hat jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Stromverteilungsinfrastruktur.

Stromverteilung

Obwohl wir uns daran gewöhnt haben, dass 365 Tage im Jahr rund um die Uhr stabiler Strom zur Verfügung steht, ist die richtige Technologie erforderlich, um diese Erwartungen zu erfüllen. Mit all den verschiedenen Stromerzeugungsquellen, die heute verfügbar sind, ist der Stromleitungsausgleich zu einer echten Herausforderung geworden. Stromerzeugungsquellen müssen so koordiniert werden, dass genügend Strom erzeugt wird, um die Nachfrage zu befriedigen, aber dass kein Überschuss erzeugt wird. Neuere Stromerzeugungstechnologien wie Wind und Sonne liefern je nach Umgebungsbedingungen unterschiedliche Strommengen. Beispielsweise wird an sonnigen oder windigen Tagen reichlich Energie aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt, an bewölkten, stillen Tagen oder in der Nacht jedoch nicht so viel. Die Leistung traditioneller vorhersehbarer Stromerzeugungsquellen muss nun auf der Grundlage der aus erneuerbaren Energiequellen erzeugten Energie angepasst werden.

Sobald der Strom im Stromnetz „am Netz“ ist, besteht die Herausforderung darin, ihn von der Erzeugungsquelle zum Verbraucher zu bringen. Die Stromerzeugung erzeugt eine sehr hohe Spannung, die über große Entfernungen übertragen werden kann. Zu diesem Zweck werden hohe Leistungstürme mit Hochspannungskabeln verwendet. Da diese Kabel so viel Strom führen, ist es wichtig, die Strommenge jedes Kabels zu steuern, um einen Kabelausfall zu vermeiden. Es ist wichtig, die Leistung über mehrere Kabel zu verteilen, um die Leistungslast zu verteilen.

Umspannwerke

Umspannwerke sind Einrichtungen zwischen den Stromerzeugungsquellen und dem Verbraucher. Unterstationen werden verwendet, um elektrische Energie umzuwandeln und die Verteilung der Energie auf mehrere Standorte auszugleichen. Unterstationen wandeln die Leistung von Übertragungsspannungen in nutzbare Spannungen um. Die verwendbaren Spannungen variieren je nach Anwendung. Metallgießereien benötigen beispielsweise hohe Spannungen, um große Metallverarbeitungsöfen anzutreiben. Fertigungsunternehmen benötigen moderate Spannungen, um Fertigungsanlagen mit Strom zu versorgen. Privatkunden benötigen eine relativ niedrige Spannung. Unterstationen bieten diese Spannungsreduzierungen und multiplizieren die Anzahl der Stromleitungen, um Verbindungen für eine große Anzahl von Kunden bereitzustellen.

Einige Kunden benötigen ein höheres Maß an Stromstabilität. Für kritische Dienstleister wie Krankenhäuser ist die Zuverlässigkeit der Stromversorgung von größter Bedeutung. Im Falle eines Stromausfalls können Umspannwerke auf eine alternative Stromquelle umschalten, um sicherzustellen, dass das Krankenhaus weiterhin unterbrechungsfrei mit Strom versorgt wird. Dies erfordert das gleichzeitige Schalten an mehreren Unterstationen, um eine Stromquelle zu trennen und eine andere anzuschließen.

Umspannwerke werden auch verwendet, um die Stromversorgung des Stromnetzes aus verschiedenen Stromerzeugungsquellen auszugleichen. Wenn erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind sehr produktiv sind, wird die Erzeugung aus variablen Quellen wie Wasser, Kohle und Atomkraft reduziert. Um dies zu erreichen, muss an vielen Umspannwerken koordiniert geschaltet werden, damit die Verbraucher weiterhin eine stabile, unterbrechungsfreie Stromversorgung erhalten. Daher muss die Kommunikation zwischen den Unterstationen sofort erfolgen. Zu diesem Zweck werden Kommunikationsnetze verschiedener Typen verwendet, wobei IP-Netzwerke aufgrund ihrer Fähigkeit, redundante Kommunikationspfade, sehr schnelle Kommunikationsgeschwindigkeiten, Warnungen und Benachrichtigungen sowie ein hohes Maß an Sicherheit bereitzustellen, immer beliebter werden.

 

Marktbedürfnisse

Die Energieversorgungsbranche benötigt Netzwerkgeräte, die in extremen Umgebungen betrieben werden können, die neueste Technologie bereitstellen und die Zuverlässigkeit, Ereignisbenachrichtigung und Sicherheit bieten, die die Branche benötigt. Speziell für die Energieversorgungsindustrie wurden mehrere Standards entwickelt, darunter IEC 61850 und IEEE 1613. Diese Standards enthalten Richtlinien für Betriebsumgebungen von Geräten, Kommunikationsstandards und Sicherheit. Die US-Regierung hat außerdem Vorschriften entwickelt, um einheitlichere Richtlinien für die Implementierung von Geräten und Kommunikationsnetzen in der Energieversorgungsindustrie bereitzustellen. Diese NERC / CIP-Vorschriften sollen die Interoperabilität, Zuverlässigkeit und Sicherheit der US-amerikanischen Energieinfrastruktur verbessern.

 

Marktprodukte

Da sich die Anforderungen schnell ändern, migrieren Energieversorger für ihre Kommunikationsanforderungen auf IP-Netzwerke. Die Kombination von IP-Netzwerken und Glasfasertechnologie bietet die Möglichkeit, das Kommunikationsnetzwerk zu erweitern und Geräte zwischen Umspannwerken und Verbrauchern zu überwachen. Diese Fähigkeit erhöht die Zuverlässigkeit des Stromnetzes, indem Geräte überwacht und vorausschauende Fehleranalysen bereitgestellt werden.

Die Geräte müssen in der Lage sein, der rauen Umgebung von Umspannwerken standzuhalten, einschließlich extremer Temperaturen, starker elektromagnetischer Störungen, Leistungsschwankungen und in einigen Fällen Vibrationen. Die Fähigkeit zur Kommunikation über Glasfaserkabel gewährleistet die Immunität gegen elektromagnetische Störungen und bietet die Kommunikationsentfernungen, die zum Verbinden von Umspannwerken und anderen entfernt gelegenen Geräten erforderlich sind.

Versorgungsunternehmen benötigen Standards wie IEEE 1588 (Precision Time Protocol) und IEC 62439 (Media Redundancy Protocol). PTP bietet einen sehr genauen Zeitstempel für die Kommunikation, um eine präzise Abfolge von Ereignissen sowie eine genaue Berichterstattung und Bewertung vergangener Ereignisse sicherzustellen. Eines der Elemente der NERC / CIP-Bestimmungen ist die Fähigkeit, genaue Aufzeichnungen von Ereignissen bereitzustellen. MRP ist eine Standardtechnologie, die verwendet wird, um redundante Netzwerkverbindungen zwischen geschäftskritischen Geräten bereitzustellen. Da Energieversorger Geräte von einer Vielzahl von Anbietern verwenden, ist eine nicht proprietäre Netzwerkredundanz unerlässlich.

 

Produktanwendung

Während die Menge und Art der Ausrüstung von einer Unterstation zur nächsten variieren kann, ist die gleiche Grundausstattung Netzwerkausrüstung Elemente sind erforderlich. Einige der Geräte können je nach Leistungsregelungsausrüstung im Umspannwerk variieren. Ältere Geräte verfügen möglicherweise über eine serielle Datenkommunikation, während neuere Geräte wahrscheinlich über eine Netzwerkverbindung verfügen.

Für serielle Kommunikationsgeräte wird normalerweise ein serieller Geräteserver ausgewählt. Serielle Geräteserver werden über ein serielles Kabel mit dem Stromversorgungsgerät verbunden. Die seriellen Geräteserver können so konfiguriert werden, dass sie mit dem seriellen Kommunikationsprotokoll des Leistungssteuergeräts übereinstimmen. Die Netzwerkverbindung auf dem seriellen Geräteserver kann mit einem Switch oder Server verbunden werden. Viele Versorgungsunternehmen bevorzugen diese Netzwerkverbindung als Glasfaserverbindung, da die Kommunikation durch elektromagnetische Störungen unterbrochen werden kann.

Die Sicherheit dieser Geräte ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Daher werden serielle Geräteserver mit Verschlüsselungsfunktionen bevorzugt. Die Verschlüsselung wird sowohl für die serielle Kommunikation als auch für die Netzwerkkommunikation benötigt. Einige serielle Geräteserver, wie z SDS-Serie von Transition Networkshaben auch die Fähigkeit, mit mehr als einem Server gleichzeitig zu kommunizieren und Redundanz im Falle einer Serverfehlfunktion bereitzustellen. Serielle Geräteserver werden verwendet, um ältere Stromversorgungsgeräte mit seriellen Schnittstellen zu automatisieren. Neuere Geräte werden mit Netzwerkports entwickelt, die eine direkte Verbindung zum lokalen Netzwerk für die Kommunikation ermöglichen.

Während einige Kupfernetzwerkverbindungen vorhanden sein können, verwenden die meisten Netzwerkverbindungen innerhalb des Umspannwerks Glasfaserkabel, um die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen zu minimieren. Wo Sammlungen von Kupferverbindungen existieren, gehärtete Schalter Mit IEC 61850 werden Zertifizierungen verwendet, um die Verbindungen zusammenzufassen und eine Glasfaser-Aufwärtsverbindung zu Servern oder Hauptnetzwerk-Switches bereitzustellen. Die Netzwerke sind redundant ausgelegt, um eine zuverlässige Kommunikation auch bei Ausfällen von Netzwerksegmenten zu gewährleisten. Schalter die das IEC 62439 Media Redundancy Protocol und die ITU-T G.8032-Redundanz unterstützen, wie das INDURA von Transition Networkswerden bevorzugt, da diese Redundanztechnologien auf Standards basieren, die von verschiedenen Geräteherstellern unterstützt werden.

Unterstationsnetze nehmen weiter an Größe und Komplexität zu. Die physische Sicherheit ist ein wesentlicher Faktor für dieses Wachstum. Überwachungskameras, Intrusion Detection-Geräte und Zugangskontrolle werden alle mit dem Netzwerk verbunden. Die Videoüberwachung dient zur Überwachung des Umspannwerksbetriebs und zur Sicherheitsüberwachung. Intrusion Detection-Geräte bieten weiteren Schutz, indem sie das Sicherheitspersonal benachrichtigen, wenn unbefugter Zugriff erfolgt. Physische Zugangskontrollgeräte bieten die Möglichkeit, autorisierten Zugriff und nicht autorisierte Zugriffsversuche zu überwachen und aufzuzeichnen. Die Meldung eines Protokolls dieser Ereignisse ist ein Element der NERC / CIP-Bestimmungen.

Alle diese Geräte und die darin bereitgestellten Daten müssen mit Datenaufzeichnungsservern in der Unterstation, anderen Unterstationen und Steuereinrichtungen verbunden sein. Zu diesem Zweck werden Aggregationsschalter verwendet, die nach IEC 61850 zertifiziert sind. Diese Switches enthalten Verwaltungsfunktionen, mit denen der Netzwerkverkehr in der Reihenfolge seiner Wichtigkeit priorisiert werden kann. Das Netzwerk kann in mehrere virtuelle LANs (VLANs) unterteilt werden, um den Netzwerkverkehr zu trennen. Kritische Netzwerkkommunikation für Leistungssteuerungsgeräte kann priorisiert werden, um sicherzustellen, dass sie für die Netzwerkübertragung die höchste Priorität hat. Weniger zeitkritischer Datenverkehr, wie das Aufzeichnen eines Ereignisses, kann niedriger priorisiert werden, um die Netzwerkbandbreite für kritische Informationen bereitzustellen. Die Verwendung von IEE 1588 (Precision Time Protocol) stellt sicher, dass die gesamte Netzwerkkommunikation mit einem genauen Zeitstempel versehen ist, sodass Kommunikationen und Ereignisse unabhängig von ihrer Priorität korrekt sequenziert und aufgezeichnet werden können. Verwaltete Switches enthalten die Verwaltungsfunktionen zur Optimierung des lokalen Umspannwerknetzwerks und der Sicherheitsfunktionen, die für die Kommunikation außerhalb des Umspannwerks erforderlich sind.

Um die Strominfrastruktur besser vor böswilligen Aktivitäten zu schützen, müssen gemäß den NERC / CIP-Bestimmungen die gesamte Kommunikation des externen Umspannwerknetzes über eine zustandsbehaftete Firewall übertragen werden. Layer 3-Router, die in eine Firewall integriert sind, bieten den erforderlichen sicheren Zugriff. Der Router / die Firewall bietet eine Trennung zwischen dem lokalen Umspannwerknetz und externen WANs (Wide Area Networks). Dadurch wird sichergestellt, dass der Zugriff auf die Geräte in der Unterstation auf die autorisierte Kommunikation über die Firewall beschränkt ist.

 

Zusammenfassung

Energieversorgungsunternehmen und das Stromnetz, das sie gemeinsam nutzen, enthalten eine komplexe Sammlung von Stromsteuerungs- und Kommunikationsgeräten. Bei den in diesen Anwendungen verwendeten Produkten handelt es sich um geschäftskritische Geräte, die bei längeren Temperaturen zuverlässig arbeiten und Vibrationen, elektromagnetischen Störungen und Leistungsschwankungen standhalten müssen. Datenkommunikation ist für den zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes von entscheidender Bedeutung und muss geschützt werden, indem der Zugriff nur auf autorisiertes Personal beschränkt, vertrauliche Daten verschlüsselt und redundante Netzwerkkommunikationspfade bereitgestellt werden, um die Kommunikationsbereitstellung sicherzustellen. Diese Anforderungen sind in Normen wie IEC 61850 und NERC / CIP-Vorschriften dokumentiert. Die Verwendung von Geräten von Anbietern, die diese Standards und Vorschriften unterstützen, gewährleistet die Integrität und Sicherheit des Stromnetzes.

 

Ich habe die Produkte von Transition Networks jahrelang in meinen Kundeninstallationen verwendet. Ich habe immer festgestellt, dass ihre Produkte, der Kundenservice, der Vertrieb und der technische Support erstklassig sind. Ich würde nicht einmal in Betracht ziehen, eine andere Marke zu verwenden.

Senior Projektmanager bei IT Solutions Provider

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