Siemens stellt nahtlose PTP-Grandmaster-Clocks für digitale Umspannwerke vor

Prozessbus-Lösung Siprotec 5 mit Grandmaster Clock: Die Merging Unit digitalisiert die Messwerte der Messwandler und überträgt sie als Abtastwerte-Datenstrom über Ethernet an die Siprotec 5 Schutzgeräte.

Siemens stellt seine neueste Innovation für eine sichere Energieinfrastruktur der Zukunft vor: Die Siprotec 5 Precision Time Protocol (PTP) Grandmaster Clocks (GMC). Diese Lösung wurde entwickelt, um das Rückgrat moderner Stromnetze zu sichern. Sie gewährleistet eine ausfallsichere Zeitsynchronisation für digitale Umspannwerke, schützt kritische Schutzfunktionen vor Unterbrechungen, schirmt externe Störungen ab und stärkt die Cybersicherheit – für eine insgesamt höhere Netzzuverlässigkeit.

In heutigen digitalen Stromnetzen ist eine präzise Zeitsynchronisation für Schutzsysteme unerlässlich. Während viele Anwendungen global genaue Zeitsignale benötigen, kommt es bei Abtastwerten innerhalb von Prozessbussystemen vor allem auf eine konsistente hochgenaue lokale Zeitquelle und nicht auf externe global gestützte Zeitquellen an.

Die Lösung von Siemens trennt dafür die Synchronisation der Abtastwerte von der globalen Zeitsynchronisation durch den Einsatz spezialisierter interner Zeitquellen in den Siprotec 5 Geräten. Diese Geräte mit integrierten PTP Grandmaster Clocks nach IEEE 1588v2/PTP-Standard arbeiten unabhängig von externen Global Navigation Satellite System-Signalen (GNSS). Stattdessen verwenden sie interne Oszillatoren als Zeitreferenz für eine präzise Synchronisation.

Ein Schlüsselmerkmal ist die von Siemens zum Patent angemeldete Technologie der Unterbrechungsfreien Umschaltung von PTP Grandmastern, die in die Siprotec-5-Geräte integriert ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Rückkehr der Primäruhren diese sich zunächst mit den aktuell aktiven Backup-Uhren synchronisieren, bevor sie ihre aktive Rolle wieder aufnehmen. Dadurch werden störende Sprünge der Zeitbasis bei Umschaltungen vermieden und Schutzfunktionen bleiben durchgehend verfügbar.

Dank dieser spezialisierten Synchronisation können Prozessbusnetzwerke in digitalen Schaltanlagen ebenfalls autark und ohne Zugangspunkte zur Außenwelt betrieben werden. Dadurch wird die Cybersicherheit erheblich gestärkt, da der Prozessbus vom Stationsbusnetzwerk isoliert bleibt.

Konventionelle Architekturen digitaler Umspannwerke setzen häufig auf redundante GNSS-basierte Grandmaster-Clocks. Trotz Redundanz bleiben sie jedoch anfällig: Störungen der GNSS-Signale – sei es durch Naturphänomene wie Sonnenstürme oder durch absichtliche Interferenzen wie Jamming und Spoofing – können zu unerwünschten Sprüngen in der Zeitbasis führen. Solche Störungen zwingen Merging Units zur Resynchronisation, wodurch kritische Schutzfunktionen vorübergehend deaktiviert werden. Dies kann zu einer unnötigen Deaktivierung von Komponenten oder sogar zu Fehlauslösungen führen, was sich negativ auf die Netzstabilität auswirkt und die Betriebskosten erhöht. Die neue Lösung von Siemens mindert diese Risiken und gewährleistet einen unterbrechungsfreien und sicheren Betrieb.

„Diese Technologie adressiert direkt eine der kritischsten Schwachstellen digitaler Umspannwerke“, sagte Onyeche Tifase, Vice President Product Lifecycle Management bei Siemens Smart Infrastructure. „Indem wir Schutzfunktionen auch bei einem Wechsel der Zeitquelle aktiv halten und Prozessnetzwerke vor externen Bedrohungen schützen, helfen wir unseren Kunden, äußerst sichere, zuverlässige und nachhaltige Energiesysteme zu betreiben.“

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