Siemens hat die Siprotec 5 Precision Time Protocol (PTP) Grandmaster Clocks (GMC) vorgestellt. Diese Lösung wurde entwickelt, um das Rückgrat moderner Stromnetze zu sichern. Sie dient der ausfallsicheren Zeitsynchronisation für digitale Umspannwerke, der Sicherung kritischer Schutzfunktionen vor Unterbrechungen, der Abschirmung externer Störungen sowie einer verstärkten Cybersicherheit. Insgesamt soll für eine höhere Netzzuverlässigkeit gesorgt werden.
Während viele Anwendungen in digitalen Stromnetzen global genaue Zeitsignale benötigen, kommt es bei Abtastwerten innerhalb von Prozessbussystemen vor allem auf eine konsistente lokale Zeitquelle an. Die Siemens-Lösung 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.
Unterbrechungsfreie Umschaltung von Grandmastern
Ein Schlüsselmerkmal ist dabei die 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.
Mithilfe dieser spezialisierten Synchronisation können Prozessbusnetzwerke in digitalen Schaltanlagen ebenfalls autark und ohne Zugangspunkte zur Außenwelt betrieben werden. Dadurch wird die Cybersicherheit gesteigert, da der Prozessbus vom Stationsbusnetzwerk isoliert bleibt.
Sicherung kritischer Schwachstelle
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 Deaktivierung von Komponenten oder sogar zu Fehlauslösungen führen, was sich negativ auf die Netzstabilität auswirkt und die Betriebskosten erhöht. Die neue Siemens-Lösung soll diese Risiken reduzieren.
„Diese Technologie adressiert direkt eine der kritischsten Schwachstellen digitaler Umspannwerke“, sagt 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.“
