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Die IEC 61850 und Smart GridsErfahrungen aus dem Europäischen Projekt WEB2Energy
Dr. Bernd Michael Buchholz,
NTB Technoservice bernd.buchholz@vde-mitglied.de
„IEC 61850 – Kernstandard für künftige SmartGridsEW – Expertenforum , Eltville, 15.-16.4.2010
Wie sind die 20 – 20 – 20- Ziele der EU zu realisieren?
100 GW Solare
Leistung im Süden?
Kleinerzeu-ger in
Millionen Haushalten?
150 GW Windleistung in Nord und
West?
IKTIKT
Millionen Batterien in
Elektro-autos?
Markttei--nahme der
Strom-kunden ?
Liberalisierte Märkte Energie, Regelleistung, Zertifikate
20 % Einsparung Emissionen 20 % Erneuerbare Energie
20 % Höhere Energieeffizienz
IKT
2
Erzeuger E, % P, GW E, % P, GW
Wind 11 180 18 300 PV 3 125 14 665
Solar-KW 1,6* 1,8 5,5 ** 4,6 H2O, groß 8,7 108 8,3 112 H2O, klein 1,6 18 1,6 19 Wellen 0,8 10 1,1 16 Biomasse 4,7 30 5,3 190 KWK 18 185 21 235 Summe 49,4 657,8657,8 75,8 15421542
SET-Plan 2020 2030
*) Import aus Nordafrika
UCTE 2009:
610 GW
Stunde
Lastmanagement SpeicherErzeugungsmanagement EEG/KWK
100
25
50
75
P, %
-25
Pumpspeicherleistung
Pumplast Mittlerer Beitrag regenerative und KWK- Erzeugung 50 %
MAXKonventionelle Erzeugung
Last/ Erzeugung 2020
Ohne Management der regenerativen Erzeugung wird es keine stabile Stromversorgung mehr geben!
6 12 18 24
Nachhaltigkeitsziele der EU und Konsequenzen
Signifikante Änderungen kommen auf uns zu….
…die neue industrielle Revolution in Stromnetzen
5 Treiber der Revolution1. Regenerative Energiequellen Großanlagen/ verteilt e
Kleinerzeuger2. Speichertechnologien 3. Liberalisierter Energiemarkt4. Einbindung des Stromkunden in den Markt5. Eindringen von Informations- und
Kommunikationstechniken (IKT) in die Netze der unteren Ebenen bis zum Stromkunden
3
Herausforderungen begegnen!
www.smartgrids.eu
European Technology Platform
SmartGrids
Strategic Deployment
Document
for Europe’s Electricity
Networks of the Future
Ein gemeinsame europäische VisionApril 2006
Strategisches Umsetzungs-
konzept
Oktober 2008
6 Umsetzungsfälle
Strategische Forschungsagenda
Februar 2007 5 Forschungsgebiete
Smart Grids –Das Zauberwort
Ein Smart Grid ist ein elektrisches Netz, das die Akt ionen aller angeschlossenen Nutzer – Erzeuger, Verbraucher,
Speicher –intelligent koordiniert um Effizienz in der nachhaltigen, ökologischen, wirtschaftlichen und zuverlässigen Stromversorgung zu gewährleisten.
Das bedeutet:
• Flexibilität, um die Einspeisung von Erzeugern aller Größen und T echnologien risikofrei zu beherrschen;
• Diskriminierungsfreier Zugang von Erzeugung und Handel
• Einbindung der Verbraucher bei der Optimierung des Systems
• ökologische Einflüsse der Stromerzeugung zu reduzieren;
• Intelligente Vernetzung zur Koordination/ Aggregation
Ziele: 20 20 –– 20 20 –– 20, Nachhaltigkeit, Qualität, Wirtschaftlichkeit20, Nachhaltigkeit, Qualität, Wirtschaftlichkeit
4
Schaffen einer Toolbox erprobter technischer Konzepte, die die Netzintegration aller Arten von
Energiequellen ermöglichen
Kernelement der Vision
Smart terminal Automation Smart
Metering
Markt
Abrechnung
Hausautomatisierg.
TOOLBOXVerteilung
Übertragung
01020304050607080
13.0114.0115.0116.0117.0118.01
%Windleistung Handel
Höhere Über-tragungskapazität
Intelligentes Enpassmanagement
+ -
Smart Aggregation
Kommunikation in der Verteilungsebene Smarte Zählertechnik
5
Smart MeteringSmart AggregationSmart Terminal Automation
~ ~
Verrechnen
Smart Home
+ -VKW
Automatisierung von Fehlererkennung und
Netzaufbau – Reduktion Versorgungsausfall von
ca. 1h auf Sekunden
Teilnahme Strom-kunde am Markt Motivation zur
Lastverschiebung Rationalisierung Zählerprozesse
VKW Virtuelles Kraftwerk-Aggregation von Erzeugern, Speíchern und steuerbaren
Lasten – Teilnahme an Märkten für Energie und
Systemdienstleistungen, Maximaler Anteil Regenerativ
Die Säulen von Smart Distribution
Smart MeteringSmart AggregationSmart Terminal Automation
~ ~
Verrechnen
Smart Home
+ -VKW
Smart Distribution und Kommunikationsbedarf
Kurzschlussanzeigen
Trennerstellung
Schaltbefehl
Zähl-/Messwerte
Diagnoseinformation
Zählerkennung
Zählwerte (1h)
Tarif, Tarifzeit
Tarifvorhersage
Zählwerte (1/4 h)Sollwerte P-KorrekturSollwerte Q- KorrekturErzeugungsprofile (24 h)Status-/ StörungsmeldungBefehle Last, Speicher
6
Ohne intelligente Zähler und Durchdringung der Verteilungsebene mit Informations- und
Kommunikationstechnik kein Smart Distribution !
Ohne Smart Distribution keine Europäische Zielerfüllung !
Voraussetzungen für Smart Distribution
�Erweiterung der Kommunikationsnetze über die Verteilungsebenen bis zum Niederspannungskunden sind Voraussetzung für „Smart Meter“ und das Energiemanagement im Rahmen virtueller Kraftwerke.
�Eine neue Generation von Zählertechnik „Smart Meter“ hat für die Markteinbindung des Kunden zu sorgen und Daten für die Teilnehmer an Smart Distribution online zu liefern.
Kommunikation heute und in ZukunftSmart Grids – Kommunikation heute und morgen
Verschiedene ProtokolleMS MittelspannungNS Niederspannung
Übertragungs-netz Leitstelle
110-kV Leitstelle
MS Leitstelle
Einheitliche Datenmodelle
Alle Teilnehmer sprechen die gleiche „Sprache“ „Interoperability“ für den Anschluss neuer GeräteBasis – ist der zukunftsweisende Standard IEC 61850Nutzung vorhandener Infrastruktur in der Verteilungsebene
~
~
heute
~
~
MS
NS
Smart
ÜN
110 kV
VKW Leitstelle
7
IEC 61850 – Warum?
1. Weltweit anerkannt – USA und Europa
2. Generische, objektorientierte Datenmodelle
3. Offenheit für Erweiterung
4. Offenheit für neue Übertragungsmedien
5. Performance (GOOSE), Komfort, Sicherheit
6. IEC sichert Durchgängigkeit in neuen Standards
Unabhängige Untersuchungen:�Projekt „Energie und Kommunikation“ (2005) �ETG- Studie „Smart Distribution 2020“ (2008)�Strategisches Umsetzungskonzept der EU „Deployment case 4“ (2008)�BMWI- Studie (2009)
kommen zum Ergebnis: IEC 61850 ist der bestens geeignete Standard
Durchgängigkeit von der Leitstelle bis zur Steckdose
x xx
x
Übertragungs-netz Leitstelle
110-kV Leitstelle
MS Leitstelle
US 380 kV
US 110 kV
MS
xx
xxx
VKW Leitstelle
IEC 60870-5-101/4 mit Datenmodell IEC 61850:IEC 61850-80-1
IEC 61850-8.1 in allen Umspannstationen (US)
IEC 61850-7-4 SchaltanlagenIEC 61850-7-420 Verteilte ErzeugerIEC 61400-25 WindanlagenIEC 61850-7-x Neue Datenmodelle z.B. Smart Meter, Smart Terminal
8
Offenheit für neue Übertragungsmedien
ISO
/OS
I
1 Physi
2 Verbindung
7 Anwendung
Sta
tion
Ver
teiln
etz
3-6
MMS
Ethernet
Fibreoptics
Dial up
SCM 1
Telecomcable
Distributionline
Polling
TCP
IP
SCM n
MMS - Manufacturing message system , SCM 1 -n – specific co m . mappings
…..
Anwendung
Einheitliche Datenmodelle und Dienste
7 S
chic
hten
mod
ell
ISO
/OS
I
1 Physik
2
7
3-6
MMS SCM1
Ethernet
optisch
Aufruf
SCM 2
Funk/Kabel
Strom-Leitung
Polling
TCP
IP
SCM n
MMS - Manufacturing message system , SCM 1 -n – specific co m . mappings
…..
Konzeptumsetzung in den Projekten:
E-Energy: REGMOD Harz, MeRegio, eTelligence, E-DeMa
EU: WEB2Energy
� Steuerung Trennschalter: CSWI– Stellung: CSWI.Pos.stVal
– Schaltbefehl: CSWI.Pos.ctlVal
� Messwert: MMXU– Phasenspannung: MMXU.PhV
– Strom: MMXU.A
� Kurzschlussstromanzeiger – neu MSCD– Kurzschlussstromanzeige: MSCD.Pos.stVal
� Weiteres z.B. Sicherungsstatus, Diagnostikmeldung
abhängig von Anforderungen
Smart Terminal Automation
KS
9
� Messung, Zählung: MMXU, MMTR
– Neu: Zählwerte mit Tarifzuordnung
� Steuerung Verteilte Erzeuger: DRCC
– Sollwert Wirkleistung: DRCC.OutWSet
– Sollwert Blindleistung: DRCC.OutVarSet
� Fahrpläne: DSCH, DSCC
– Ein Fahrplan ist in DSCH abgebildet
– LN DSCC ist zur Steuerung der Fahrpläne genutzt
� Photovoltaik: DPVC
� KWK- Anlage: DCHC
� Batteriespeicher: ZBTC
� Biogasanlage: DBGC
� Wind: Wxxx
Smart Aggregation
+ -VKW
�Klärgasanlage: DDGC
�Gasturbine: DGTC
�Wasserkraft: Hxxx
�Generator: DGEN
�Steuerbare Last: DLDC
~
Smart Metering
Energiezählung in kurzen Intervallen
Fernauslesbarkeit
Empfang Preissignale/ Prognosen
Visualisierung Verbrauch/ Kosten
Gateway Hausautomatisierung
�Zählwerte mit Zeitstempel und Identifikation: MMTR.TotWh
�Dynamischer Tarif: FDTR
- Aktueller Tarif mit Attribut Zeitdauer : FDTR.CVal
- Tarifvorhersagekorrektur mit Zeitdauer: FDTR.FVal
- Tarifvorhersage 24 h: FDTR.FDay
Dynamische marktpreisorientiere Tarife können derzeit nach deutschem Eichrecht nicht umgesetzt werden. Im Projekt WEB2Energy wird ein solcher Tarif für Pilotkunden simuliert.
EEX-Preis
Tarif
10
Smart Home und Zähler – Datenkonvertierung
Märkte Energie ÜNB Lieferant VKWVNB
KWK�=�~
Gebäudeautomatisierung/ Energiemanagement
LAN LAN
DatenkonzentratorGateway
Zähler
Gateway
Systemweites WANIEC 61850 datenkonform
Converter
Zähler haben heute ihre eigene Kommunikationswelt, Aktivitäten für spartenübergreifende Standards lauf en
MUC 1 MUC n
Automated metering
……………… .
……………… .
-
Spartenz
Multi - Utility - Controller
Marktrollen
MUC 1 MUC n
Zählerdatenserver
……………… .
……………… .
IEC 61850 Dienste und Datenmodelle
Spartenzähler
Multi - Utility - Controller
Marktteilnehmer
Einbindung der Zähler und Spartenintegration
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CIM Datenbank
CIM Datenbank
Neue Dienstleister für Smart Distribution
Stromkunde
Messstellenbetreiber MUC
IKT
-D
ienstleister
VNB
ÜNB
IKT – Informations-/ Kommunikationstechnik
VNB – Verteilungsnetzbetreiber
ÜNB – Übertragungsnetzbetreiber
Fahrpläne
Spartenkunde Stromerzeuger
Spartennetzbe-treiber/ Händler
Informationsdienstleister, Zählerdatenserver
CIM Datenbank
CIM Datenbank
VKWLieferant
VKW – Virtuelles Kraftwerk
CIM – Common Information model IEC 61968/61970
Energiemarkt
Erforderliche Anpassungen
� Definition neuer Datenmodelle für neue Funktionen�Konvertierung Zählerdaten – IEC 61850�Konvertierung SmartHome – IEC 61850�Eintrag IEC 61850 – Daten in CIM-Datenbanken
Im Projekt WEB2Energy werden:
- Standardkonverter entwickelt.
- neue Übertragungsmedien, Logische Knoten, Attribut e und Datenklassen zur Standardisierung in die releva nten WGs des TC 57 eingebracht.
Projektziel: CDV in 12/2012
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Parallele
Signale
Legende:
Andere
Kommunikation
IEC 61850
Datenmodell
CIM – common information model
FWG – Fernwirkgerät
VNB – Verteilnetzbetreiber
Modellsystemstruktur der IKT in WEB2Energy
FWG
VerbraucherIKT-Kunden Erzeuger, Speicher MS- Stationen
FWGZählerZählerProzess
Zählerdatenserver
IKT Infrastruktur
VNBCIM IEC 61968
Markt/Lieferant VKWAnwender
Datenmanagement
Sicherheit, Leistung : IEC TS 62351 :
WEB Dienste: IEC 61400-25
Kommunikation: IEC 61850
CIM IEC 61968 CIM IEC 61868
Hausaut.
Die Gesellschaft braucht Smart Grids, um die EU- Ziele in Nachhaltigkeit und Marktliberalisierung zu erreichen.
Ohne Smart Grids in Übertragung und Verteilung geht da nichts.
Voraussetzung für Smart Distribution: Kommunikation und Smarte Zähler in Verteilungsnetzen
IEC 61850 ist der geeignete Standard für durchgängige Kommunikation in allen Ebenen.
IEC 61850 wird erstmals in mehreren Förderprojekten im Verteilungsnetz eingesetzt.
Der Kommunikationsbedarf überschreitet die heutige Norm. Erweiterte Definitionen sind in die Standards einzubringen.
Die Kommunikation muss in die gesamte IKT- Landschaft eingebettet werden – Fremdprotokolle und Datenmanagement.
Warum Smart Grids und IEC 61850?
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Aber es gibt noch Barrieren
� Das EEG in der heutigen Form trennt einen wachsenden Anteil der Erzeugung vom Markt und verhindert die Aggregation zu virtuellen Kraftwerken.
� Die heutige Basis der Netzentgelte bietet den Netzbetreibern keine Motivation in Smart Grids zu investieren.
� Das derzeitige Eichrecht behindert die Einführung dynamischer Tarife. Die neuen Regelungen im EnWG zur Einführung neuer Zähler (§21b und §40) sind nicht eindeutig und führen nicht zum Ziel.
Wenn Deutschland seinen Beitrag zu den Europäischen Zielen ernst nimmt, sind neue Regeln zwingend erford erlich.
Jeder ist zum Mitwirken aufgefordert!
Sorgen wir dafür, dass überall Lichter brennen
www.smartgrids.euwww.e-energy.dewww.web2energy.com
Der beste Weg, die Zukunft voraus zu sehen, ist sie zu gestalten
Smart GridsSmart GridsSmart GridsSmart Grids
Mit IEC 61850Mit IEC 61850Mit IEC 61850Mit IEC 61850
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