Dipl.-Ing. Klaus Jost, 06.05.2010 VDE Bezirksverein ... · PCM600 Bedien- und Parametriertool Das Tool für Relion

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VDE Bezirksverein Südbayern E.V. Netzautomatisierung in Übertragungs- und Verteilnetzen

Dipl.-Ing. Klaus Jost, 06.05.2010


Netzautomatisierung in Übertragungs- und Verteilnetzen Inhalte:

Strukturen und Lösungen der Netzautomatisierung in elektrischen Netzen

Stationsleittechnik für Hoch- und Mittelspannungsanlagen

Moderne Schutz- und Steuergeräte

Neuer internationaler Standard IEC 61850 für Stationsautomatisierung

Einfluss dezentraler Energieerzeugung

© ABB Group May 7, 2010 | Slide 3© ABB Group May 7, 2010 | Slide 3

Moderne Netzautomatisierung Anforderungen im gesamten Energiesystem von der Erzeugung bis zum Anschluss beim Kunden.


Entwicklung der Netzstruktur Von traditionellen zu zukünftigen Netzen

Zentralisierte Energieerzeugung Einseitig gerichteter Energiefluss Erzeugung folgt der Last Einsatz basiert auf Erfahrungen

trad

ition

elle

N

etze

zukü

nftig

e N

etze

Zentralisierte und dezentrale Energieerzeugung Sporadische Energieerzeugung durch

erneuerbare Energien Kunde kann Produzent werden Multidirektionaler Energiefluss Last gekoppelt an Erzeugung Einsatz basiert mehr auf Echtzeit Daten


Struktur und Funktionen der Netzautomatisierung

Nahsteuerung


Kommunikation mit Fernwirktechnik

RTU560Fernwirkknoten

RTU560 Unterstation

Unterstationen

Kommunikations-netzwerk(redundant)

WAN(z.B. SDH, PDH, Frame Relays)

Leitsystem

IED

IEC 870-5-101

TCP/IP: IEC 870-5-104

IEC 870-5-101, -104, DNP3

IEC 870-5-103SPA-Bus, MODBUSIEC 61850

WAN (e.g. GSM/GPRS,

Satellit)

RTU560Fernwirkknoten

Parallel E/As Kleine RTUs


Stationsebene Funktionen und Geräte


Funktionen der Stationsautomatisierung

Stationsebene

Schutz Vor-Ort-Steuerung Überwachung Verriegelung Datenerfassung

Luft- oder gasisolierte Schaltanlagen

Leistungstransformatoren Messwandler

Nahsteuerung Automatisierungsfunktionen Überwachung Fehlerlokalisierung Ereignis- & Alarmlisten Ankopplung der Netz- Leitstelle über Fernwirktechnik

Prozessebene

Feldebene


Stationsautomatisierung Basis-Funktionalität der Stationsebene

Überwachung Primärgeräte Steuerung Sichere Bedienung

Messwerte

Alarmliste System Überwachung

Benutzerverwaltung

Ereignisliste


Stationsautomatisierung Erweiterte Funktionalität der Stationsebene

Stördatenauswertung Messwert Reports Schaltspielzähler

Lastabschaltung

Automatische SequenzenExterne Alarmierung

IED Parameteränderungen

Dynamische Sammelschienen Einfärbung


Stationsleittechnik Hybridlösung mit aktuellen und zukünftigen Standards

DiagnoseIEC60870-5-101, IEC60870-5-104,

DNP3, DNP3 über WAN

SPS Funktion

Kontrollebene

Stationsebene/Feldebene

Kommunikationsebene

Prozessebene

Leitsystem

Integrierte Bedieneinheit

IEC 61850-8

IEC 60870-5-103, DNP3,

MODBUS

E/AsIEDsIEDs


Moderne Schutz- und Steuergeräte


Relion®

Produktfamilie für Schutz und Steuerung

Produkte für alle Bereiche der elektrischen Energieübertragung und Verteilung

Skalierbar und flexibel nach Einsatzgebiet und Funktion

Einheitliche Bedienphilosophie über alle Geräteserien

Eine durchgängige und einheitliche Toolsuite für die ganze Familie

Geeignet für den Standard IEC 61850


Schutztechnik Überstromzeitschutz als Abzeigschutz

Hauptschutz: 3I>, I0 >

Gerichteter Erdschluß-Schutz

Empfindlicher Erdschluß-Schutz

Phasenausfallschutz

Automatische Wiedereinschaltung (AWE)

Thermischer Überlastschutz

Leistungsschalterversagerschutz

Lichtbogenschutz zur Begrenzung von Anlagenschäden und für verbesserten Personenschutz


Leitungs-Differentialschutz für Kabel und Freileitungen

Leitungsdifferentialschutz

Zweistufiger Überstromzeitschutz


Reserve-Überstromschutz (Not-UMZ)

Binärsignalübertragung für 8 Signale

Messkreisüberwachung

Überwachung der Schutzkommunikation

Station 1

Station 2

LWL-Verbindung


Distanzschutz für Kabel und Freileitungen vermaschten Netzen

Distanzschutz als Hauptschutz

Überstromschutz als Reserveschutz

Empfindlicher Erfehlerschutz

Automatische Wiedereinschaltung (AWE)

In Verteilnetzen häufig als Kombigerät für Steuerung, Messung und Überwachungsfunktionen


Transformatordifferentialschutz für den Schutz Netztransformatoren

Hauptschutz: Transformatordifferentialschutz

Reserveschutz: Überstromschutz und Erdschlussschutz

Vervollständigt mit Schieflastschutz und thermischem Überlastschutz

Überspannung und Unterspannungsschutz


Relion®

615 Serie – einfache Verteilnetzanwendungen

Kombinierte Schutz- und Steuergeräte Abzweigschutz REF615

Leitungsdifferentialschutz RED615

Motorschutz REM615

Transformatordifferentialschutz RET615

Steuerung eines Leistungsschalters

Vollgrafisches Display

Einschubtechnik

Lichtbogenschutz für drei Funktionsräume

Skalierbar bis zu 18 binären Ein-,13 binären Ausgängen und 8 analogen Eingängen

Komfortable Programmierung über Funktionsplan

Volle GOOSE-Performance (IEC 61850)


Relion®

630 Serie – komplexe Verteilnetzanwendungen

Kombinierte Schutz- und Steuergeräte Abzweigschutz REF630

Motorschutz REM630

Transformatorschutz RET630

Steuerung von bis zu acht Schaltgeräten

Vollgrafisches Display, separat montierbar

Fünf frei programmierbare Funktionstasten

Ereignisgesteuerte Anzeigefunktionen

Frei programmierbare LEDs in drei Farben

Skalierbar bis zu 50 binären Ein-, 45 binären Ausgängen und 9 analogen Eingängen

Volle GOOSE-Performance (IEC 61850)


Relion®

650 Serie – Hochspannungsverteilnetzanwendungen

Kombinierte Schutz- und Steuergeräte Distanzschutz REL650

Transformatorschutz RET650

Steuergerät REC650

Funktionen für Hochspannungsnetze

Steuerung von bis zu acht Schaltgeräten

Vollgrafisches Display, separat montierbar

Fünf frei programmierbare Funktionstasten

Ereignisgesteuerte Anzeigefunktionen

Frei programmierbare LEDs in drei Farben

Skalierbar bis zu 50 binären Ein-, 45 binären Ausgängen und 20 analogen Eingängen

Volle Performance für IEC 61850-Systeme einschließlich GOOSE


Internationaler Standard IEC 61850 für Stationsautomatisierung


Ein wahrhaft globaler Standard !

IEC 61850 - das Rückgrad der modernen Stationsleittechnik

IEC 61850 ist der erste globale Standard für Stationsleittechnik

Offene Systemlösungen mit Komponenten von verschiedenen Lieferanten sind möglich – heute und in der Zukunft

Gesicherte Investitionen durch Normierung des Engineeringprozesses

Einsatz leistungsfähiger Kommunikation mit Echtzeitübertragung von binären und analogen Daten


IEC 61850: Ein normiertes Datenmodell ermöglicht normiertes Engineering

Standardisierung des Datenmodells in IEC 61850 ist die Grundlage für eine Standardisierung des Engineeringprozesses.

IEC 61850: Normierung von Kommunikation und Engineering - diese Kombination ist erstmalig in für eine Normung der Kommunikation in der Stationsautomatisierung

IEC 61850


Prozessorientiertes Datenmodell

Circuit Breaker* Q0_L1/XCBR Gas density monitoring* Q0_L1/XGMU

PrimärtechnikSekundär funktionen

Control* CB Q0/CSWIControl* ES Q8/CSWI Control* ISQ9/CSWIBay-HMI*(HMI)

Isolator*Q9_L1/XSWIGas density mon.*Q9_L1/XGMU

Earthing switch* Q8_L1/XSWIGas density mon.*Q8_L1/XGMU

*) Die IED Objekt- modelle: definierte Objekte mit definierten Daten

*) Die IED Objekt- modelle: definierte Objekte mit definierten Daten

Distance protection* PDIS


Anordnung +Kommunikation

Das LN Konzept

Das IEC 61850 ObjektmodelStation

Voltage

Bay

IED

LD

LLN0

LN

Data Object

Data Attribute

Data-Attribute Component

Voltage

IED

Bay

IED

LN

z.B. Überstrom- schutz 3 I>


IEC 61850: Wirkungsbereich innerhalb der Station

Anlage

Signalzuordnung Prozess

IED Aufbereitung Prozessignale

Umfang und Gültigkeit des IEC 61850 Standards

Signalzuordnung Netzleitebene+ Präsentation Stationsbene

Stat

ions

auto

mat

isie

rung

IED

text

TRM / AD1 BIM BOM

LN: XCBRLN: MMXU

OUT IN

IN OUT

OUT

IN

IEC 61850 Kommunikation

SCS NCCGW

Engin-eering

Batterie+-

Leistungsschalter, TrennerWandler

SpgWdlr


IEC 61850 Engineering Dokumentation und Engineering mit SCL-Dateien

Primäranlage

GeräteStationsebene

GeräteFeldebene

Netzwerk

SchaltanlageSteuerung

Sekundär-Funktionen (LN)

CSWI1 CSWI2 CSWI3

XSWI1 XSWI2XCBR1

CSWI1 CSWI2 CSWI3

XSWI1 XSWI2XCBR1

.ICD

.ICD

.SSD

SCL-Dateien

.SCD


Geräte- engineering

IED Geräte tool

Geräte tool

IEC 61850 Engineering Der Engineeringprozess

Nahsteuerung

Leitstellen-ankopplung

IED

System- dokumentation.SCD

<Substation Ref=“ABBA"><VoltageLevel Ref="E1">

<Bay Ref="Q1"><Bfunction Ref="">

<Device Ref="QA1" Type="CBR"><Connection NodeRef="L1"/><LNode Ref="1" LNClass="CSWI"/>

</Device><Device Ref="QB1" Type="DIS">

<Connection NodeRef="L1"/><LNode Ref="2" LNClass="CSWI"/>

</Device></Bfunction>

</Bay></VoltageLevel>

</Substation>

System-spezifikation.SSD








</Substation>Geräte- spezifikation.ICD








</Substation>

Geräte-Konfiguration.SCD








</Substation>

System-engineering

Geräte tool

Geräte tool


Investitionssicherung durch IEC 61850 Engineering Vorteile eines ein normiertes Engineerings

Ablage und Archivierung von Planungsdaten in elektronischer Form

Daten heute abgelegt mit Tool X, morgen änderbar mit Tool Y

Reduzierter manueller Aufwand reduziert Fehlerquote

Verwendung normkonformer hersteller- unabhängiger Tools

Integration in bestehende Engineering- umgebungen möglich

Workflow der Systemintegration ist aufteilbar

Planung Primärteil Anlage

Planung und Engineering Systemkommunikation

Engineering Komponenten

Inbetriebnahme und Fehlersuche


IEC 61850 und Netzwerke für Kommunikation Zentralisierter Ring

LAN-Switche sind in einem zentralen Schrank eingebaut

Kurze Distanzen zwischen zentralem Kommunikationsschrank und den Feldgeräten

Dezentraler Ring

LAN-Switche sind verteilt eingebaut in Feldschränken und Schränken der Stationsebene

Große Entfernungen zwischen Stationsebene und Feldschränken

Mehrfachnetzwerke

Vollständige Aufteilung des Kommunikationsnetzwerkes in Segmente

Sowohl zentralisierter Ring als auch dezentraler Ring anwendbar

Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit

Anwendung bei verschiedenen Spannungsebenen


Kommunikation – vertikal und horizontal

IED 1 IED y

SCS NCC

Horizontal Communication (GOOSE)

Vertical Communication(Client / Server)


Übertragung schneller Signale wie:

Selektive Schutzauslösung (z.B. Lichtbogenschutz)

Rückwärtige Verriegelung (Sammelschienenschutz)

Schutzmitnahme


Sonstige Verriegelungen

Einhaltung der strengen 1A P1-Klasse der IEC 61850 (Übertragungszeit <10ms)

GOOSE = Generic Object Oriented Substation Event (horizontale Kommunikation)

Anwendungsbeispiel für GOOSE

1.

2.

3.

1.

2.

3.

Gerät B

Gerät A

GOOSE Nachricht

„Schneller als der Draht“


IEC 61850 Tools von ABB Innovationen für das Engineering der Zukunft

ITT600 Systemanalyse Keine Chance für

Kommunikationsfehler durch Transparenz und

IntelligenzITT600 SA Explorer

CCT600 Systemengineering

Systemlösungen herstellerunabhängig

realisieren und betreiben

PCM600 Geräteengineering

Ein Tool für alle Geräte der ABB Relion-Familie

– IEC 61860 inside

IEC 61850


PCM600 Bedien- und Parametriertool Das Tool für Relion®

Bedien- und Parametriertool PCM600

Ein Tool für alle Geräte und alle Aufgaben

Engineering, Inbetriebnahme, Wartung und Gerätemanagement

Parametrierung

Konfiguration

Editieren der grafischen Anzeigen

Zuweisen der Ein- und Ausgänge

Datenvergleich PC – IED

Online-Überwachung

Ereignisauswertung


CCT600 Communication Configuration Tool Systemengineering

CCT600 Systemengineeringtool

Kommunikations-Engineering für IEC 61850 Systeme mit Schutz- und Steuergeräten

Vollständig mit IEC 61850 kompatibel

Herstellerneutrales Kommunikationsengineering

SCD-File

SCD-File


ITT600 SA Explorer Systemanalysetool

ITT600 SA Explorer!

ITT600 SA Explorer

Import von SCL Dateien mit Informationen bzgl. der Anlagenkonfiguration

Stellt alle Applikationswerte in IEC 61850 Nomenklatur dar

Analysiert und decodiert den IEC 61850 Datenverkehr basierend auf den projektspezifischen SCD-Informationen

Stellt den horizontalen Datenverkehr von GOOSE-Kommunikation dar

Erlaubt eine Rückdokumentation von bestehenden Systemen


Einfluss dezentraler Energieerzeugung - Beispiel Verteilnetz


Herausforderung Netzintegration Netzstruktur eines weitläufigen Verteilnetzes mit dezentraler Energieerzeugung

Power

53kW

Biogas240 kW

26kW

20kW

28kW

18kW

43kW

18kW

10kW

21kW30kW

7kW

27kW

47kW

14kW

(21+26)kW

2x20kW

11kW

14kW

36kW

14kW

27kW

77kW

17kW

20kW

15kW

12kW

14kW63kW

47kW

4kW

17kW33kW

50kW

25kW

+20kW

30kW

5kW

30kW

45kW

18kW

144kW

32kW

49kW

Biogas190 kW

Wasser19 kW

Wasser20 kW

W320

Biogas60 kW

KWK26.5 kWKWK

6 kW

Freiamt

Freiamt/Ottoschwanden

Schaltwerk Sexau

Sexau/Staudenhöfe

FREIA026

FREIA006

FREIA025

FREIA024

FREIA023

FREIA022

OTTOS009

OTTOS010

FREIA021

ABZW009

ABZW005

FREIA030

FREIA020

FREIA037

OTTOS005

OTTOS008

OTTOS016

OTTOS007

FREIA005

UST BRUNBG

OTTOS003

FREIA009

FREIA004

OTTOS002

OTTOS006

ABZW004

OTTOS001

FREIA012

FREIA035FREIA031

FREIA008

ABZW003

ABZW002

SEXAU027

SEXAU004

FREIA011

SEXAU002

FREIA010SEXAU003

FREIA014

ABZW006

FREIA013

FREIA032

FREIA018

FREIA017

ABZW007

ABZW008

FREIA016

FREIA033

OTTOS017

F..

O..

FREIA007

FREIA015

OTTOS012

OTTOS014

OTTOS013

OTTOS004

ABZW020

OTTOS018

OTTOS015

S1

SXA-St..

SEXAU001B

SEXAU001-A

UST BUEHLER

ABZW021

FREIA001

FREIA002

FREIA036ABZW001

FREIA003

V -A B ZW 006

V -A B ZW 003

V -A B ZW 00 4

V-AB

ZW00

5

V-OTT

O004

V-O

TTO0

17

V-OTTO016

V-FREI009

V-FREI005

V-FREI00

8

V-FREI007

V-AB

ZW00

9

V -B R U N IC H B 2

V-BRUNIC

HB1

V -O TT O 0 0 6

V -A B ZW 008V-FREI006

V-O

TTO

002

V-O

TTO0

01

V -O TT O 0 03

V-FREI012

V-AB

ZW01

3

V-FREI018

V -O TT O 0 0 9

V-OTTO012

V-ABZW014

V-FR

EI02

3

V-AB

ZW01

7V-ABZW016

V-ABZW019

V-AB

ZW01

8

V-AB

ZW01

1

V -A B ZW 01 0

V-OTTO011

V-FREI022

V-A

BZW

015

V-FREI024

V-FREI014

V-FREI015

V-FREI016

V-FR

EI02

5

V-FR

EI01

7

V-O

TTO

008

V-OTT

O010

V-OTTO005

V-OTTO007

V-AB

ZW00

7

V-S

EX

A00

3

G~E_FREIA014-BIOG

G~E_OTTOS018

-WIK

G~

E_FR

EIA0

16-W

AK

G~E_OTTOS008-KWK

G~E_FREIA035-BIOG

E_SEXAU003_PV1

E_OTTOS003-PV1

E_FREIA037-PV2E_FREIA037-PV1

E_FREIA035-PV1

E_FREIA025-PV1

E_FREIA022-PV1

E_FREIA014-PV1

E_FREIA006-PV1

E_SEXAU003_PV

E_OTTOS017-PV

E_OTTOS016-PV

E_OTTOS015-PV

E_OTTOS012-PV

E_OTTOS011-PV

E_OTTOS010-PV

E_OTTOS009-PV

E_OTTOS008-PV

E_OTTOS007-PV

E_OTTOS006-PV

E_OTTOS003-PV

E_OTTOS002-PV

E_FREIA037-PV

E_FREIA035-PVE_FREIA031-PV

E_FREIA026-PV

E_FREIA025-PV

E_FREIA024-PV

E_FREIA023-PV

E_FREIA022-PV2

E_FREIA020-PV

E_FREIA017-PV

E_FREIA015-PV

E_FREIA014-PV

E_FREIA013-PV

E_FREIA010-PV

E_FREIA009-PV

E_FREIA008-PV

E_FREIA007-PV

E_FREIA006-PV

E_FREIA005-PV

E_FREIA004-PV

E_FREIA003-PV

E_FREIA002-PV

E_OTTOS001-PV

G~E_FREIA036-BIOG

G~E_FREIA012-WAK

G~E_FREIA015-WIK

G~E_FREIA026-KWK

C-R

eser

veE

ttenh

V-S

EXA

004

V-S

EX

A00

5

V-S

EX

A00

1

V-S

EX

A00

2

V-AB

ZW04

1

V-ABZW040

V-FR

EI00

3

V-FREI002

V-ABZW 001

V-SCHWEIKART

V-AB

ZW00

2

V-FR

EI00

4

V-SEXA010

V-FR

EI01

1

V-FREI010

V-SEXA009

V-SE

XA00

7

V-FREI021

V-FR

EI02

0

V-FREI019

V-FREI013

V-AB

ZW01

2

V-SEXA008

V-ABZW020

V-O

TTO

015

V-OTT

O014

V-FR

EI00

1

V-OTT

O013


Elektrisches Verteilnetz Typische Ringstruktur

Umspannwerk

MS-Hauptstation

Umspannwerk

MS-Hauptstation

Netzstation

Kompaktschaltanlage

Transformator

Niederspannungsverteilung


Herausforderung Netzintegration Folgen der Einbindung dezentraler Erzeugungsanlagen

1 2 3 4 5 6

19

20

kV

22

U

Strombelastung Leitung



1 2 3 4 5 6

~ ~ ~ ~ ~ ~

19

20

kV

22

U




1 2 3 4 5 6

~ ~ ~ ~ ~ ~

19

20

kV

22

U



Betrieb geschlossener / offener MS-Ringe

Ländliches 20-kV-Mittelspannungsnetz, 50 ONS, 102 km Ringlänge

Automatische Trennstellenverlagerung (bei inhomogenen Abgängen sinnvoll)

Offener Ring mit Trennstelle in der elektrischen Mitte ist durch das gleiche Spannungsprofil wie der geschlossene Ring gekennzeichnet

Geschlossener Ring bei hoher Fluktuation von Lasten und Erzeugern sinnvoll

Manuelle Verlagerung der Trennstelle

Ferngesteuerte Trennstellenverlagerung

Geschlossener Ring


Elektrisches Verteilnetz Kommunikation zu den Netzstationen

Umspannwerk

MS-Hauptstation

Umspannwerk

MS-Hauptstation

Stations-RTUStations-RTU

Kompakt-RTU Kompakt-RTU Kompakt-RTU Kompakt-RTU

Kommunikation(z.B. SDH, PDH, GSM, Satellit, GPRS, Funk)


Einsatz von Distanzschutz oder Leitungs-Differentialschutz

Alternativer Lösungsansätze mit Überstromzeitschutz (UMZ)

Gerichteter UMZ-Schutz

Strom- und Spannungswandler erforderlich

Alle Kurzschluss(KS)-Anzeiger (ungerichtet) werden angeregt

Hohe Auslösezeiten durch Staffelung

richtungsabhängige KS-Anzeiger erforderlich

Ungerichteter UMZ-Schutz

Zusätzlicher UMZ-Schutz mit Leistungsschalter mit einer geringeren Auslösedauer als UW-UMZ an der geschlossenen Trennstelle

Verkleinerung des Auslösebereiches

KS-Anzeiger mit Richtungserkennung bzw. Ansprechverzögerung erforderlich

Schutztechnik Betrieb geschlossener Ringe – Anforderungen

HS-NetzHS/MS-Trafo

Legende

ONS

UMZ mit Leistungsschalter

0,4 s

0,4 s

0,1 sHS/MS-Trafo


Zusammenfassung

Herausforderung für moderne Netzautomatisierung ist eine umfassende Kommunikation im Verteilnetz bis zum Verbraucher bzw. Erzeuger.

Nutzung internationaler Standards mit maximaler Sicherheit, Effizienz und Verfügbarkeit zur Sicherung der Investitionen.

Wirtschaftlichkeit durch skalierbare Systeme und Produkte von Basisanforderungen bis hin zu höchster Komplexität.

Documents

Dipl.-Ing. Klaus Jost, 06.05.2010 VDE Bezirksverein ... · PCM600 Bedien- und Parametriertool Das Tool für Relion