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虚拟化如何成为数字化变电站部署的推动者

2023-01-11 14:46:44 Peter Kreutzer 阅读:
虚拟化主要用于IT环境和服务器机房,但许多公用事业公司正在探索如何在不影响关键任务应用的性能、可用性和可靠性的情况下使用虚拟化。变电站内部的数字化趋势也导致越来越需要减少硬件资产的数量,这使得虚拟化和功能集成成为了可能可行的概念。

虚拟化主要用于IT环境和服务器机房,但许多公用事业公司正在探索如何在不影响关键任务应用的性能、可用性和可靠性的情况下使用虚拟化。变电站内部的数字化趋势也导致越来越需要减少硬件资产的数量,这使得虚拟化和功能集成成为了可能可行的概念(1)。njYednc

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图1:代表主导概念的典型变电站自动化架构。njYednc

由于运营技术(OT)基础设施与变电站的IT部分分离,公用事业公司面临着多重挑战,包括:njYednc

  • 站级OT/IT系统的复杂性急剧增加;
  • 需要使用大量有线接口和连接来支持过程,因此需要大量的CAPEX和OPEX支出;
  • 接口复杂且缺乏标准化的项目交付时间长(这还涉及耗时的设计工作、测试、安装和调试);
  • 由于有多个独立系统,基础设施占用空间大;
  • 监控主要资产的能力有限,导致对资产健康状况知之甚少,需要进行不必要的维护工作;
  • 每个功能都使用独立的盒子,导致基础设施发生巨大变化,并需要大量备件库存;
  • 使服务工程师面临高风险的控制和保护的测试,例如电流互感器开路、过程电缆的高压;
  • 增加网络安全需求,以便OT基础设施能够遵守法规。

这些挑战要求电网运营商在不影响关键任务基础设施现有要求的情况下评估当前概念,尤其是当它们分布广泛且难以访问时。njYednc

虚拟化是一种可实现更有效利用物理计算机硬件的过程,换句话说,可以以更少的硬件实现更多的功能。然而,电网运营商实施虚拟化和功能集成,可以通过不同的方式来实现。njYednc

2展示了具有四台独立站计算机的全冗余变电站自动化系统。3中将其转换成了虚拟化系统,其中只有两台站计算机托管虚拟环境,以对站HMI和GW功能实现虚拟化。njYednc

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图2:典型的冗余架构。njYednc

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图3:虚拟化的站级变电站自动化。njYednc

第二步,除了站级的虚拟化,我们还可以在间隔级运用功能集成的概念。在现代变电站自动化间隔控制中,智能电子设备(IED)可以将控制和后备保护的多种功能集成在一个设备中。这不仅提高了功能的可用性,而且减少了IED的数量。njYednc

接下来,我们可以遵循数字变电站的概念,将输入输出(IO)从控制和保护中分离出来,从而产生如4所示的新变电站自动化架构。njYednc

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图4:I/O解耦、功能集成和虚拟化。njYednc

新架构带来了以下优势和好处:njYednc

  • 将IO从控制和保护中分离出来,提高了安全性并更容易更换间隔层功能;
  • 减少了用于控制和保护的硬件变体,从而减少了设计时间和备件数量;
  • 通过重复应用减少间隔层应用,从而减少了测试;
  • 通过控制和保护的功能集成提高了可用性;
  • 通过HMI和网关的功能集成减少了站级硬件,从而减少了设计和测试时间以及备件数量;
  • 通过在过程级I/O附近引入有线/电缆接口来减少它们,从而减少了基础设施占用空间、设计、安装和测试;
  • 增加了监管区域并改进了对主要资产的监控,从而实现了更好的资产健康监控。

虽然上述步骤侧重于变电站自动化应用的OT部分,但还有许多其他应用和系统可以从可用的站级虚拟化基础架构中受益。5突出显示了集成其他应用的下一步。njYednc

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图5:站级功能集成/虚拟化。njYednc

由此产生的架构带来了以下额外的优势和好处:njYednc

  • 将额外的站级功能集成到虚拟化平台上,减少了站级的硬件并减少了所需备件的数量;
  • 虚拟化通过集群提高了集成功能的可用性和可靠性;
  • 通过远程部署变更,实现了企业级虚拟化应用的集中管理;
  • 可在站级轻松部署未来功能;
  • 可在系统出现故障或需要回滚更改时轻松备份和恢复;
  • 可对虚拟化应用进行轻松的补丁管理;
  • 当广域通信系统提供所需的带宽和服务质量时,能够将应用从站级转移到企业级。

How Virtualization Can Act as an Enabler for Digital Substation DeploymentnjYednc

责编:Franklin
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