Giải pháp kết nối truyền thông đáng tin cậy cho hệ thống phân phối năng lượng trong lưới điện

Thông tin chung

Một công ty phân phối năng lượng lớn của châu Âu, vận hành hơn 200 trạm biến áp chính, 4.000 trạm biến áp phụ, 15.000 km đường dây truyền tải và hơn 400 nhà máy phát điện, đã khởi xướng một dự án hiện đại hóa quy mô lớn cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của mình. Với hơn 600.000 khách hàng cuối, tổ chức này đã bắt đầu một quá trình chuyển đổi số chiến lược để đảm bảo khả năng phục hồi, an ninh mạng và khả năng mở rộng lâu dài. Dự án này là một phần của khoản đầu tư rộng lớn hơn nhằm tăng cường khả năng phục hồi của cơ sở hạ tầng.

Yêu cầu hệ thống

Nhà cung cấp năng lượng đã xác định những yêu cầu cần thiết như:

• Thay thế cơ sở hạ tầng truyền thông nối tiếp lỗi thời.
• Chuyển đổi hơn 1.000 địa điểm từ các giao thức nối tiếp cũ sang các hệ thống dựa trên IP hiện đại.
• Tích hợp hơn 4.000 địa điểm mới trong vòng bốn năm.
• Cho phép giám sát mạng tập trung và quản lý từ xa cơ sở hạ tầng mạng.
• Duy trì các mục tiêu SLA nghiêm ngặt: 99,96% cho các trạm chính và 99,6% cho các trạm phụ.
• Cung cấp các đường dẫn dự phòng cho các địa điểm quan trọng bằng cách sử dụng nhiều phương tiện truyền thông.

An ninh và khả năng phục hồi hoạt động là những ưu tiên hàng đầu, đặc biệt đối với các địa điểm quan trọng kiểm soát việc phân phối năng lượng tại các khu vực đô thị và công nghiệp.

Mô tả hệ thống

Để đáp ứng những yêu cầu này, Advantech cùng với một đối tác địa phương đã cung cấp một giải pháp hoàn chỉnh, có khả năng mở rộng, bao gồm:

• Thiết kế và tích hợp hệ thống toàn diện, bao gồm cấu hình máy chủ, thiết lập tường lửa và các cơ chế dự phòng.
• Phần cứng và hậu cần được cấu hình sẵn để hỗ trợ triển khai hàng loạt.
• Giám sát từ xa tình trạng hoạt động của mạng và thiết bị. 
• Hỗ trợ phần mềm và firmware tùy chỉnh phù hợp với giao thức IEC 60870-5.

Triển khai dự án

Việc triển khai dự án nâng cấp kết nối quy mô lớn này đã giải quyết nhiều thách thức quan trọng, tất cả đều xoay quanh nhu cầu về độ tin cậy, khả năng mở rộng và bảo mật. Chính vì những lý do đó, bộ định tuyến di động Advantech ICR-2431 đã được lựa chọn.

Để đảm bảo an ninh cho cơ sở hạ tầng trọng yếu, tất cả thông tin liên lạc giữa các bộ định tuyến và hệ thống trung tâm đều được mã hóa hoàn toàn bằng IPsec với IKEv2. Mỗi thẻ SIM sử dụng một APN riêng, cách ly nó khỏi Internet công cộng, và việc quản lý chứng chỉ tập trung thông qua SCEP đảm bảo kiểm soát và xác thực liên tục các thiết bị được kết nối.

Để đảm bảo tính dự phòng mạng, kiến ​​trúc này bao gồm hai điểm kết thúc VPN độc lập về mặt địa lý sử dụng tường lửa CheckPoint. Mỗi bộ định tuyến thiết lập hai đường hầm IPsec đến cả hai trung tâm, đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn ngay cả khi một đường dẫn bị lỗi. Ở cấp độ hiện trường, các địa điểm tiêu chuẩn được trang bị bộ định tuyến hai SIM, tự động chuyển đổi giữa các nhà mạng di động trong trường hợp mất mạng. Các địa điểm ưu tiên cao hơn tiến thêm một bước với một cặp bộ định tuyến LTE, cung cấp kết nối đồng thời trên hai mạng di động ở chế độ dự phòng nóng. Ngoài ra, các vị trí quan trọng này tích hợp kết nối vệ tinh như một phương tiện truyền dẫn độc lập thứ ba, đạt được khả năng dự phòng ba đường dẫn (2× LTE + 1× Vệ tinh).

Các giao thức truyền thông cũ cũng đặt ra một thách thức. Nhiều thiết bị từ xa vẫn hoạt động trên giao thức IEC 60870-5-101 thông qua cổng nối tiếp RS232, trong khi các hệ thống SCADA hiện đại dựa trên giao thức IEC 60870-5-104 qua IP. Để khắc phục khoảng cách này, Advantech đã cung cấp khả năng chuyển đổi giao thức IEC 101/104 hai chiều trực tiếp trong bộ định tuyến, cùng với một ứng dụng định tuyến tùy chỉnh để tích hợp liền mạch.

Với số lượng địa điểm khổng lồ - hơn 1.000 điểm cần di chuyển và hơn 4.000 điểm mới cần triển khai, việc cấu hình thủ công là không khả thi. Advantech đã giải quyết vấn đề này bằng nền tảng quản lý và cung cấp WebAccess/DMP, cho phép triển khai không cần thao tác thủ công (Zero Touch Deployment), chẩn đoán từ xa và cấu hình dành riêng cho từng trang. Nền tảng này cũng tích hợp API REST, cho phép tích hợp trực tiếp với các hệ thống nội bộ của khách hàng để đơn giản hóa quá trình triển khai và giám sát.

Trong suốt dự án, Advantech đã hợp tác chặt chẽ với đối tác địa phương của mình, vừa là nhà tích hợp hệ thống vừa là nhà phân phối để quản lý hậu cần, thử nghiệm FAT, tùy chỉnh phần cứng và hỗ trợ kỹ thuật liên tục 24/7. Cùng nhau, họ đảm bảo cơ sở hạ tầng mới được tích hợp hoàn toàn vào mạng IP hiện có của khách hàng với sự gián đoạn tối thiểu.

Kết luận

Việc hiện đại hóa cơ sở hạ tầng truyền thông của nhà cung cấp năng lượng này chứng minh cách thức các mạng lưới tiện ích truyền thống có thể được chuyển đổi thành công thành các nền tảng kỹ thuật số an toàn, có khả năng mở rộng và bền vững. Với hàng ngàn trạm biến áp và tài sản hiện được kết nối thông qua bộ định tuyến LTE cấp công nghiệp, được trang bị hệ thống quản lý từ xa tập trung và chẩn đoán thời gian thực, khách hàng không chỉ đáp ứng mà còn vượt qua các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy và bảo mật.

Danh mục phần cứng linh hoạt của Advantech, kết hợp với chuyên môn tích hợp sâu rộng và sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các đối tác địa phương, đã cho phép chuyển đổi suôn sẻ từ giao tiếp nối tiếp lỗi thời sang mạng IP có độ tin cậy cao, đồng thời vẫn duy trì hoạt động liên tục. Kết quả là một nền tảng sẵn sàng cho tương lai về quản lý lưới điện thông minh, cải thiện hiệu quả phân phối năng lượng và sự ổn định hoạt động lâu dài trong bối cảnh năng lượng ngày càng kết nối.