Das digitale Umspannwerk hat viele wichtige Probleme gelöst. Prozessbusarchitekturen reduzierten die Kupferverkabelung. IEC 61850 hat die Interoperabilität verbessert. Durch das Zusammenführen von Einheiten kamen die Felddaten dem Punkt näher, an dem Entscheidungen getroffen werden.
Dennoch verwalten viele Versorgungsunternehmen immer noch Dutzende von Schutz- und Steuergeräten, die in einer Umspannstation verteilt sind. Jedes dieser Geräte hat einen Lebenszyklus. Es muss entwickelt, konfiguriert, getestet, dokumentiert, gepatcht, überwacht und schließlich ersetzt werden. Wenn Umspannwerke erweitert werden, wächst der Aufwand, der für ihre Verwaltung erforderlich ist, direkt neben ihnen.
Die meisten Versorgungsunternehmen suchen nicht nach einer radikal anderen Schutzphilosophie. Sie suchen nach einer einfacheren Möglichkeit, die Infrastruktur, der sie bereits vertrauen, zu skalieren. Virtualisierter Schutz bietet eine neuartige Lösung für diese Herausforderung. Anstatt Schutzfunktionen auf dedizierten Geräten zu hosten, werden diese Funktionen als Software auf zentralisierten Computerplattformen ausgeführt. Die Schutzprinzipien bleiben dieselben. Die Standards bleiben dieselben. Was sich ändert, ist die Art und Weise, wie diese Funktionen bereitgestellt und verwaltet werden.
Wie sieht Virtualisierung vor Ort aus?
Stellen Sie sich ein Versorgungsunternehmen vor, das ein vor zwanzig Jahren errichtetes Umspannwerk erweitert.
Bei einem herkömmlichen Ansatz bedeuten zusätzliche Schutzfunktionen oft zusätzliche Hardware, zusätzliche Verkabelung und zusätzliche Infrastruktur, um sie zu unterstützen. Jede neue Anlage erhöht die Kosten bei der Inbetriebnahme und erzeugt eine weitere Anlage, die in den nächsten zwanzig oder dreißig Jahren gewartet werden muss.
In einer virtualisierten Architektur erfolgt ein Großteil dieser Erweiterung mit Software und nicht mit zusätzlicher physischer Infrastruktur. Das schließt die technische Arbeit nicht aus. Techniker müssen das System immer noch konfigurieren, validieren und testen, stattdessen wird das Hinzufügen von Funktionen weniger vom Hinzufügen physischer Geräte abhängig.
Der Unterschied mag subtil erscheinen, aber er verändert die Art und Weise, wie Modernisierungsprojekte angegangen werden. Im Laufe der Zeit verlagert sich das Gespräch von „Welche neue Hardware brauchen wir?“ und in Richtung „Wie wollen wir, dass das System funktioniert?“
Die wahren Einsparungen liegen außerhalb des Relais-Panels.
Weniger Relais ziehen in der Regel die Aufmerksamkeit der Versorgungsunternehmen auf sich, aber sie sind nur ein Teil der Geschichte. Die größere Wirkung ergibt sich aus der Reduzierung von allem, was diese Relais umgibt: der Panels, in denen sie untergebracht sind, der Verkabelung, die sie verbindet, des physischen Platzes, den sie einnehmen, und des Lebenszyklusaufwands, der für ihre Unterstützung erforderlich ist.
Eine weitere Staffel spielt vielleicht keine große Rolle, aber fünfzig von ihnen tun es normalerweise.
Beweise aus vorläufigen virtualisierten Schutzprojekten von Siemens spiegeln diese breitere Wirkung wider. Typische Projektberechnungen im Zusammenhang mit SIPROTEC V, dem virtuellen Schutzsystem von Siemens, zeigen Einsparungen von bis zu 80% bei den Kosten für Kupferkabel, bis zu 45% weniger Platzbedarf für Schutz- und Kontrollgebäude, bis zu 25% Einsparungen bei den Schalttafelkosten und bis zu 20% Einsparungen bei den Lebenszykluskosten. Darüber hinaus kann die Projektausführung um bis zu sechs Monate beschleunigt werden.
Diese Zahlen sind wichtig, weil sie zeigen, was Versorgungsunternehmen wirklich erreichen wollen: mehr Kapazität ohne eine proportionale Erhöhung der Betriebslast.
Modernisierung erfordert keinen Neuanfang
Der vielleicht praktischste Aspekt der Virtualisierung ist, dass sie eingeführt werden kann, ohne dass bereits funktionierende Infrastrukturen zerstört werden müssen. Einige Versorgungsunternehmen betreiben immer noch konventionelle Umspannwerke, die auf ausgedehnten festverdrahteten Architekturen basieren. Andere haben bereits stark in digitale Umspannwerke und Prozessbuskommunikation investiert. Greenfield-Projekte stehen vor ganz anderen Entscheidungen. Virtualisierung passt in jede dieser Umgebungen und ermöglicht eine schrittweise Weiterentwicklung der Stationsarchitektur.
Anstatt alles komplett zu ersetzen, können Versorgungsunternehmen virtualisierten Schutz schrittweise neben der vorhandenen Infrastruktur einführen. Sie können die Leistung vor einer breiteren Bereitstellung problemlos überprüfen und in einem Tempo modernisieren, das ihren individuellen betrieblichen Anforderungen entspricht. Bestehende Investitionen können Teil der Lösung bleiben, anstatt sie zu behindern.
Das ist vielleicht eine der größten Stärken der Virtualisierung.
Die Versorgungsinfrastruktur entwickelt sich über Jahrzehnte. Die Technologien, die erfolgreich sind, sind selten diejenigen, die den sofortigen Ersatz vorhandener Anlagen erfordern. Sie sind in der Regel diejenigen, die mit etablierten Systemen zusammenarbeiten, bevor sie die Art und Weise, wie diese Systeme gebaut werden, schrittweise ändern.
Mehr Software bedeutet nicht weniger Technik
Ingenieure sind oft skeptisch, wenn Virtualisierung in die Diskussion kommt, und das aus guten Gründen. Schutzsysteme schützen kritische Infrastrukturen. Versorgungsunternehmen benötigen immer noch deterministische Leistung, strenge Tests und strenge Cybersicherheitskontrollen. Die Erwartungen werden nicht weniger anspruchsvoll, weil Software eine größere Rolle spielt. Wenn überhaupt, werden die Erwartungen höher.
Was sich ändert, ist die Art und Weise, wie diese Anforderungen verwaltet werden.
Moderne virtualisierte Plattformen zentralisieren Funktionen wie Updates, Konfigurationsmanagement, Sicherung und Wiederherstellung, Überwachung und Zugriffskontrolle. Cybersecurity wird Teil der Architektur, anstatt sich mit einem Gerät nach dem anderen zu befassen.
Ebenso wichtig ist, dass viele virtualisierte Schutzplattformen es Ingenieuren ermöglichen, vertraute Arbeitsabläufe und Tools weiterhin zu verwenden, anstatt eine völlig neue Arbeitsweise zu erzwingen. Die Einführung von Technologie schreitet tendenziell viel schneller voran, wenn die Menschen nicht alles aufgeben müssen, was sie bereits wissen.
Was kommt als Nächstes
Die langfristige Bedeutung der Virtualisierung besteht nicht darin, dass sie die Hardware reduziert. Es ist so, dass es Versorgungsunternehmen mehr Freiheit bei der Weiterentwicklung ihrer Systeme gibt. Sobald die Schutz- und Kontrollfunktionen von der dedizierten Hardware entkoppelt sind, erhalten Versorgungsunternehmen eine größere Flexibilität bei der Bereitstellung, Prüfung, Wartung und Erweiterung. Es wird auch einfacher, neue Anwendungen einzuführen, die in stark verteilten Architekturen schwer zu unterstützen gewesen wären.
Das ist einer der Gründe, warum sich Diskussionen über virtualisierten Schutz zunehmend mit Gesprächen über Automatisierung, fortschrittliche Analytik und künstliche Intelligenz überschneiden. Softwaredefinierte Architekturen bieten die Möglichkeit, neue Funktionen näher an den Stellen zu platzieren, an denen betriebliche Entscheidungen getroffen werden, einschließlich der Integration fortschrittlicher KI-Analysen. Die Tools, die wir verwenden, um den steigenden Strombedarf zu decken, werden sich weiterentwickeln, aber die zugrunde liegenden Herausforderungen werden sich letztlich nicht weiterentwickeln.
Versorgungsunternehmen müssen gleichzeitig expandieren, modernisieren und dekarbonisieren. Um das erfolgreich zu machen, ist mehr als das Hinzufügen von Infrastruktur erforderlich. Es wird notwendig sein, Wege zu finden, es zu vereinfachen. Virtualisierter Schutz bietet einen Weg zu diesem Ziel: die Erweiterung der Funktionen bei gleichzeitiger Reduzierung der für deren Unterstützung erforderlichen Komplexität.
