Modernste Software-Architektur
mit Azure IoT und Azure Kubernetes entwickelt für weltweit einzigartiges Kabel-Monitoringsystem HiMON®.
SoftwareOne Case Study
Bahn frei für Stromversorgung aus grüner Energie
Um den Süden Deutschlands künftig mit grünem Strom aus großen Windparks im Norden des Landes zu versorgen, werden über Hunderte von Kilometern unterirdische Höchstspannungskabel quer durchs Land gelegt. Für die kontinuierliche Überwachung der Stromübertragung unter der Erde hat HIGHVOLT ein innovatives Monitoring-System entwickelt. Es nutzt Azure Cloud Services, um große Datenmengen in Echtzeit zu verarbeiten und so Kabelstörungen genauer und schneller zu lokalisieren. Zusammen mit SoftwareOne wurde die Architektur der Lösung zudem so konzipiert, dass künftig auch KI-Algorithmen für “Predictive Maintenance” eingesetzt werden können.
Bis 2045 will Deutschland klimaneutral werden, bis 2030 soll der Anteil erneuerbarer Energien auf 80 Prozent steigen. Umweltfreundlicher Strom wird vor allem durch große Windkraftanlagen an Land und auf See im Norden erzeugt. Dem gegenüber steht ein hoher Energiebedarf in den Ballungsräumen, insbesondere im Süden Deutschlands, wo große konventionelle Kraftwerke nach und nach vom Netz gehen. Um langfristig eine nachhaltige und sichere Energieversorgung in allen Regionen gewährleisten zu können, ist die erfolgreiche Fernübertragung erneuerbarer Energien ein wesentlicher Baustein für das Gelingen der Energiewende in Deutschland und weltweit.
HIGHVOLT ist Partner vieler Hochspannungsnetzbetreiber im In- und Ausland sowie einer der weltweit führenden Anbieter von Mess-, Prüf- und Überwachungssystemen für Energienetze. Das Unternehmen unterstützt den Ausbau der leistungsstarken Höchstspannungsleitungen "SüdLink" und "SüdOstLink" in Deutschland, die vollständig als Erdkabel ausgeführt werden. Um die Herausforderung der Wartung und Störungsortung der bis zu 700 Kilometer langen Gleichstromleitungen zu lösen, hat HIGHVOLT in Partnerschaft mit der Technischen Universität (TU) Dresden ein bislang einzigartiges System namens HiMON® entwickelt, welches mittels spezieller Sensoren die Übertragungsqualität von Stromkabeln im laufenden Betrieb ermittelt und auswertet und somit Störungen nicht nur präziser, sondern auch schneller lokalisieren kann. Mit dem zukünftigen Einsatz von KI sollen Kabelstörungen vorhersagbar sein – die Grundlage für “Predictive Maintenance”, der vorrausschauenden Wartung von Kabeln bereits vor Eintritt einer Störung.
Um die anfallenden Daten sammeln und in Echtzeit auswerten zu können, benötigte die Monitoring-Lösung HiMON® eine entsprechende Software-Architektur, die SoftwareOne auf Basis verschiedener Microsoft Azure Services wie Azure IoT und Azure Kubernetes Service entwickelt hat.
Für Stromnetzbetreiber bietet das neuartige HiMON®-System eine enorme Entlastung bei der Überwachung kritischer Infrastrukturen. Werden Störungen und Wartungsarbeiten minimiert, erhöht sich die Verfügbarkeit der Stromleitungen und Ausfallkosten können drastisch gesenkt werden.
100 Terabyte an Daten
werden pro Monat von bis zu 2000 Sensoren gesammelt und in Echtzeit ausgewertet, Einsatz von KI geplant.
Hohe Ausfallsicherheit
für kritische Infrastrukturen mit Hilfe von Azure Monitoring, Azure Sentinel, Azure Entra ID und weiteren Cloud-nativen Services.
- Kunde
- HIGHVOLT Prüftechnik Dresden
- Branche
- Produktion, Energiesektor
- Plattform
- Microsoft Azure
- Services
- Application Services, Data and AI Services
- Land
- Deutschland
Innovative Lösungen im Energiesektor voranbringen
Um das volle Potenzial erneuerbarer Energien auszuschöpfen, müssen Stromübertragungsnetze ausgebaut werden. Die Infrastrukturvorhaben „SüdLink“ und „SüdOstLink“ sind daher unverzichtbar, aber auch wahre Mammutprojekte, die es bisher so nicht gegeben hat. Allein die Stromübertragung über hunderte Kilometer via Erdverkabelung ist ein Novum.
Als Spezialist für Mess-, Prüf- und Überwachungssysteme für Energienetze hatte HIGHVOLT schon frühzeitig erkannt, dass die Wartung von Erdkabeln über eine solche Länge eine Herausforderung ist, da man Störungen nicht sehr präzise lokalisieren kann. Bei einer Leistung von 2 Gigawatt pro Kabel erzeugen Störungen und lange Wartungsarbeiten enorme Verluste bei der Stromübertragung. Das ist insbesondere für kritische Infrastruktur problematisch.
Das in Zusammenarbeit mit der TU Dresden entwickelte und patentierte Kabelüberwachungs-system HiMON® von HIGHVOLT ist das erste modulare Mess- und Zustandsbewertungssystem zur schnellen Lokalisierung von Kabelfehlern, zur Bewertung von Teilentladungen sowie zur Erstellung von Trendanalysen über Alterungserscheinungen im Kabel, um mit Hilfe von “Predictive Maintenance” zukünftige Kabelausfälle analysieren und vermeiden zu können.
Das Monitoring-System beruht auf bis zu ca. 2000 Sensoren, die in Abständen von 2 bis 5 km am Erdkabel angebracht sind und permanent die Übertragungsqualität des Kabels messen und berechnen. Dafür hat HIGHVOLT mathematische Modelle und die notwendigen physikalischen Geräte entwickelt.
Für die Digitalisierung, Speicherung und Verarbeitung von Daten im Bereich von bis zu 100 Terabyte pro Monat benötigte HiMON® eine solide Software-Architektur, die auch die hohen Anforderungen und Regularien für kritische Infrastruktur hinsichtlich Sicherheit und Verfügbarkeit berücksichtigt. Für die Umsetzung kam schon aus Kostengründen keine On-Premises-Lösung in Frage. Für die Expertise zu Cloud-Technologien, speziell zu Microsoft Azure Cloud Services, holte sich HIGHVOLT schließlich SoftwareOne als Partner an Bord.
Wir haben uns für SoftwareOne entschieden, nachdem wir intensiv recherchiert und drei verschiedene Anbieter verglichen haben. Warum? Weil wir von der professionellen Herangehensweise, von der Bereitschaft zur Zusammenarbeit mit anderen Dienstleistern und vom großen Engagement der Mitarbeitenden sehr beeindruckt waren.
– Thomas Steiner, Executive Director Technology, HIGHVOLT Prüftechnik Dresden
SoftwareOne verfügt über ein exzellentes Team im Bereich Application Services. Weltweit gehören dazu über 1300 Softwareentwickler und -architekten und über 250 „Data and AI“-Experten. SoftwareOne ist Microsoft Gold Partner und Azure Expert MSP und verfügt über alle 6 Solutions Partner Designations, darunter "Digital & App Innovation (Azure)" und "Data & AI (Azure)".
Innovation trifft Cloud-Technologie: SoftwareOne entwickelt Software-Architektur für HiMON® mit Azure Cloud Services
Gemeinsam mit den Ingenieuren und Entwicklern von HIGHVOLT hat SoftwareOne in mehreren Workshops die genauen Rahmenbedingungen und Anforderungen an die Lösung analysiert und anschließend eine Software-Architektur für das Monitoring-System HiMON® entwickelt. Dabei wurden die hohen Anforderungen an die Ausfallsicherheit und Absicherung der Systeme ebenso berücksichtigt wie der Aspekt, dass große Datenmengen nicht nur zuverlässig gespeichert, sondern auch in Echtzeit verarbeitet werden müssen, damit die Übertragungsnetzbetreiber die Auswertungen der Daten über mögliche Störungen an den Kabeln zeitnah erhalten. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und bis zu 2000 Sensoren entsprechend den Anforderungen skalieren zu können, entschied sich HIGHVOLT für den Einsatz der Cloud-Technologie von Microsoft.
Zusammen mit SoftwareOne haben wir HiMON® auf Cloud-Technologie aufgebaut, um eine hoch skalierbare und flexible, aber auch sichere Lösung zu erhalten. Mit Azure Services wie Azure IoT haben wir viel mehr Spielraum, um neue Ideen zu testen und auf die Bedürfnisse und Anforderungen unserer Kunden einzugehen. Darüber hinaus ermöglichen Services wie Azure Kubernetes Service einen hohen Automatisierungsgrad, so dass unsere Teams von einem geringeren Administrationsaufwand profitieren.
– Thomas Steiner, Executive Director Technology, HIGHVOLT Prüftechnik Dresden
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Folgende Azure Services kommen in der von SoftwareOne entwickelten Software-Architektur zum Einsatz:
- Azure IoT: Über den Azure IoT Hub werden die gemessenen Daten der Sensoren von sogenannten Datenkollektoren empfangen und gespeichert. Azure IoT Edge ermöglicht die Containerisierung eigener Anwendungen wie z.B. den Datenempfang. Der Service deckt aber auch das IoT Management für Software-Provisionierung sowie die Gerätekonfiguration ab.
- Azure Kubernetes Service ermöglicht die Verarbeitung und Aufbereitung der Daten auf Container-Basis. Verschiedene Prozesse werden automatisiert vorgenommen. Sie ermöglichen mehr Flexibilität und Skalierbarkeit bei Veränderungen der Architektur und minimieren eigene Betriebsaufwände.
- Azure Blob Storage wird für die Speicherung großer unstrukturierter Datenmengen genutzt. Dabei dient der Data Lake als Quelle für verschiedene Auswertungsszenarien, die HIGHVOLT entsprechend der zukünftigen Bedürfnisse der Stromnetzbetreiber oder anderer Kunden entwickeln kann. Die Daten sollen auch für zukünftige KI-Trainings genutzt werden.
- Azure SQL Database dient der Speicherung aufbereiteter Daten, die schließlich mit einem Portal für HIGHVOLT und einem Kundenportal verbunden sind, die in Azure Static Web App gehostet werden. Die Datenauswertung zur schnellen Lokalisierung von Kabelfehlern, Bewertung von Teilentladungen sowie Alterungserscheinungen im Kabel erfolgt durch maschinelles Lernen und soll perspektivisch KI-gesteuert erfolgen.
Für die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards:
- Azure Key Vault ermöglicht die Speicherung sensibler Daten wie API Keys, Connection Strings, Passwörter und die Einrichtung eines entsprechenden Rechtemanagements.
- Application Gateway with WAF dient dem Schutz vor Cyberangriffen und Bots.
- DDoS Protection schützt vor Überlast-Angriffen auf die Cloud-Lösung
- Azure Monitoring stellt den laufenden Betrieb sicher.
- Azure Entra ID deckt das Identity Management ab.
- Sicherheitsrelevante Daten aller Architekturkomponenten werden zusätzlich von Azure Sentinel analysiert, wodurch Sicherheitsvorfälle schneller registriert und auf diese reagiert werden können.
Proof of Concepts, MVP und GA Releases für HiMON®
Um Teilsysteme der Software-Architektur überprüfen zu können, führte SoftwareOne zwei Proof of Concepts durch und betrachtete:
- die Erfassung und Verarbeitung von Sensordaten über Datenkollektoren und die Übertragung an den IoT Hub
- das Geräte- und Sensormanagement (Datenkonfiguration, On-Remote Steuerung, und Administration)
SoftwareOne entwickelte ein erstes Minimal Viable Product (MVP), welches das gesamte System von der Datenübertragung bis zur Ausgabe der bewerteten Daten über die Portale abbildet. Mit dem MVP erhielt HIGHVOLT eine erste Demoversion und konnte erste Pilotkunden onboarden und Erfahrungen sammeln.
In der anschließenden Projektphase haben die Entwicklerteams von HIGHVOLT und SoftwareOne das erste General Availability (GA)-Release (inkl. Updates, Support und Managementprozessen für den laufenden Betrieb) fertiggestellt, in das die Erfahrungen aus der MVP-Phase eingeflossen sind.
Um das erfolgreiche Projekt nahtlos fortzuführen und HiMON® kontinuierlich weiterzuentwickeln, wird derzeit bereits an einem GA-Release 2 gearbeitet. In zukünftigen Releases ist der Einsatz von KI für die Vorhersage von Störungen geplant, die Architektur der Lösung ist darauf bereits vorbereitet.
Die Zukunft ist grün(er): Wie innovatives Monitoring hilft die Stromversorgung mit grünem Strom verlässlicher zu machen
Grüner Energie gehört die Zukunft, um den Klimawandel zu bekämpfen. Der Markt für regenerative Energiegewinnungsanlagen wächst mit hoher Dynamik. Um das Potenzial erneuerbarer Energien voll ausschöpfen zu können, braucht es zentrale Infrastrukturprojekte wie „SüdLink“ und ‚SüdostLink“ in Deutschland und Innovationen im Energiesektor wie die Entwicklung des einzigartigen Kabelüberwachungssystems HiMON®. Wenn die Stromtrassen 2028 in Betrieb gehen, können sie eine Gesamtleistung von 8 Gigawatt übertragen und damit rund eine Million Haushalte mit grüner Energie versorgen. Auch an anderen Projekten dieser Art ist HIGHVOLT beteiligt, wie zum Beispiel dem Marokko-UK Power Project XLinks, das Großbritannien via Seekabel mit Solarenergie aus Marokko versorgen wird.
Für das laufende Projekt in Deutschland wird die Monitoring-Lösung HiMON®, die vollständig auf modernster Azure-Technologie basiert, von HIGHVOLT und SoftwareOne kontinuierlich weiterentwickelt, getestet und optimiert. Dabei bietet das Zusammenspiel der verschiedenen Azure Services ein hohes Maß an Skalierbarkeit, Flexibilität und Sicherheit, um große Datenmengen zu sammeln, in Echtzeit zu verarbeiten und auszuwerten, mit dem Ergebnis, dass Fehler in Kabeln nicht nur deutlich schneller, sondern auch genauer lokalisiert werden können.
Mit Hilfe von KI-gestützten Rechenmodellen wird es in Zukunft auch möglich sein, Ausfälle vorherzusagen und damit drohende Kabelschäden zu erkennen, bevor sie auftreten. Daran könnten sich KI-generierte Vorschläge für vorausschauende Instandhaltungsmaßnahmen anschließen, die letztlich wesentlich dazu beitragen, Ausfall- und Wartungskosten drastisch zu senken und die Verfügbarkeit der unterirdischen Höchstspannungsleitungen zu erhöhen. So wird der Transport von grünem Strom zuverlässiger und effizienter.
Wir sind sehr zufrieden mit der Zusammenarbeit mit SoftwareOne. Wir haben schnell gemerkt, dass SoftwareOne über eine hervorragende Expertise im Bereich der Anwendungsentwicklung auf Basis der Azure Cloud-Technologie verfügt und Erfahrungen aus anderen Projekten in unsere Partnerschaft einbringt. Das hat uns sehr geholfen. Ich bin stolz auf das, was wir bereits erreicht haben und freue mich auf eine weitere inspirierende Zusammenarbeit mit SoftwareOne.
– Thomas Steiner, Executive Director Technology, HIGHVOLT Prüftechnik Dresden
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