Sonderdruck - fh-dortmund.de · Anlagenengineering nach IEC 61850 Erste Projekterfahrungen bei der Anwendung des Systemstandards IEC 61850 in der Stationsleittechnik zeigen den Übergang

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gabe

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Effiziente Datenmodellierung im Anlagenengineering nach IEC 61850

S o n d e r d r u c k

Zur Effizienzverbesserung im Enginee-ringbereich werden für den Übergang aufdie neue Beschreibungsarchitektur derIEC 61850 Werkzeuge gefordert, die dieanwenderorientierte Anlagensichtweiseund die durch häufig wiederkehrendeTeilstrukturen (sog. Typicals) gekenn-zeichneten Bauprinzipien der Anlagenunterstützen [1]. Die Typen sollen pro-jektunabhängig pflegbar und nach einererstmaligen Zuordnung in Projekten auchnachträglich überschreibbar sein. Darüberhinaus muss es möglich sein, in frühenProjektphasen noch ohne Bezug zu festenLeitsystemstrukturen Anlagen- und In-formationsmodelle zu erstellen, die spä-

ter ohne Neueingabe der Daten auf kon-krete Strukturen übertragbar sind.

Das in diesem Beitrag vorgestellteWerkzeug SCT (Substation ConfigurationTool) ermöglicht auf Basis der in Teil 6der IEC 61850 genormten Beschreibungs-sprache (SCL – Substation ConfigurationDescription Language [2, 3]) eine herstel-lerneutrale Systemkonfiguration ausge-hend von der grafischen Eingabe der Pri-märtechnik und der typisierten Generie-rung normkonformer Informationsobjek-te. Die einmal erstellten Typen werden ineiner Typbibliothek verwaltet. Durch dieVerknüpfung von Anlagenmodell undvorgefertigten Objekttypen aus der Bib-liothek entstehen zielsystemunabhängige,normkonforme Projektbeschreibungsda-ten, die bereits für Ausschreibungszweckegenutzt werden können. Aufgrund dieserUnabhängigkeit wird dieses Werkzeugim DKE-Arbeitskreis 952.0.1 „IEC 61850– Engineering“ für die Modellierung einerMusteranlage genutzt, um deren Abbil-dung mit der SCL durchzuführen. An-hand der dazu notwendigen Schritte wirdein beispielhafter Engineeringablaufnachfolgend dargestellt.

Nach der Strukturierung von System-komponenten (IED – Intelligent Electro-nic Devices) können mit dem WerkzeugSCT schließlich auch Gerätemodelle ge-neriert werden, die mit normkonformenHerstellertools weiterverarbeitbar sind.Durch die Mitführung der Typverweise imDatenmodell können Objekttypen nach-träglich an allen relevanten Stellengleichzeitig verändert werden. Alternativ

können auch herstellerspezifische Gerä-tebeschreibungen importiert werden, wo-bei durch deren Gerätesichtweise natur-gemäß der übergreifende Typisierungs-ansatz getrennt einzupflegen ist.

Der Engineeringprozess imSystemstandard IEC 61850

Die IEC 61850 hat das Ziel, Geräte (IED)auf der Basis eines gemeinsamen Daten-modells zu einem Stationsleitsystem zukombinieren [4] und interoperabel be-treiben zu können. Um das Kommunika-tionsverhalten der einzelnen Komponen-ten einheitlich festzulegen, stellt dieNorm ein abstraktes Informationsmodellim Sinne einer Obermenge zur Verfügung([5–10]). Dadurch ist eine hierarchischeStruktur in Form von möglichen Teil-funktionen, sog. logischen Knoten (LN –Logical Nodes), mit zugehörigen Daten-objekten (DO – Data Objects), die schließ-lich die eigentlichen Datenattribute (DA –Data Attributes) umfassen, festgeschrie-ben. Mit diesem Modell werden zukünf-tig alle, bislang mehr oder weniger struk-turiert adressierten Meldungen, Zählwer-te, Messwerte, Befehle, Sollwerte etc., wel-che zur informationstechnischen Modell-bildung einer Schaltanlage notwendigsind, dargestellt. Das abstrakte Informa-tionsmodell bildet dann in Verbindungmit entsprechenden Kommunikations-diensten die kompatible Basis, auf der un-terschiedliche Abbildungen der konkretenKommunikationsstruktur möglich sind.

Zur einheitlichen Beschreibung undKonfiguration des Informationsmodellsbefassen sich wichtige Teile von IEC61850 mit dem Engineering von Syste-men zur Stationsautomatisierung und er-weitern die Norm vom Kommunikations-standard zum umfassenden Systemstan-dard. Um den Ansatz der Interoperabilitätdurch Engineering zu unterstreichen, for-dert die IEC 61850 dabei ein Werkzeug inForm eines herstellerneutralen System-konfigurators gemäß Bild 1. Dieses Werk-zeug ist im Besonderen dadurch gekenn-zeichnet, dass es den kompatiblen Um-fang der Systembeschreibung nach IEC61850 vollständig unterstützt.

Alle weiteren Daten, die proprietär zurvollständigen Geräteparametrierung si-cher immer notwendig sein werden, müs-

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Prozess- & Utilityautomation

Effiziente Datenmodellierung imAnlagenengineering nach IEC 61850

Erste Projekterfahrungen bei der Anwendung des SystemstandardsIEC 61850 in der Stationsleittechnik zeigen den Übergang vonder adressorientierten Sichtweise der etablierten Kommunikations-schnittstellen (z. B. basierend auf IEC 60870) zur abstraktenInformationsmodellierung. Dabei verschiebt sich der Anwender-fokus zunehmend auf die Betrachtung der Engineeringabläufeund -aufwendungen sowie auf die Konsistenz, herstellerneutraleLangzeitstabilität und Weiterverarbeitbarkeit der Modellierungs-daten. Dies geschieht nicht zuletzt, um neben modernen, inter-operablen Kommunikationsnetzwerken auch Optimierungs-potenziale durch den Einsatz der neuen Norm im Engineering-bereich zu erschließen.

Georg Harnischmacher • Jan Arph • Martin Hölscher

Prof. Dr.-Ing. Georg Harnischmacher (46), VDE,vertritt im Fachbereich Informations- und Elekt-rotechnik der Fachhochschule Dortmund dasLehrgebiet Elektrische Energieerzeugung und-verteilung. Er ist u. a. Mitglied im AK 0.1 „IEC61850 – Engineering“ sowie im AK 0.10 „Kom-munikation und Modellierung“ des DKE K 952.E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. Jan Arph (29) ist Systementwicklerbei der H&S Hard- & Software Technologie

GmbH & Co. KG in Dortmund und Mitglied im Arbeitskreis AK 952.0.1

„IEC 61850 – Engineering“ des DKE K 952. E-Mail: [email protected]

Dipl.-Ing. Martin Hölscher (40), VDE, ist technischer Leiter der H&S Hard- & Software Technologie GmbH & Co. KG

in Dortmund.E-Mail: [email protected]

sen herstellerspezifisch ergänzt werden.An die proprietären Werkzeuge (IED-Konfigurator), die gemäß Bild 1 spätes-tens zur Parametrierung der konkretenGeräte benötigt werden, besteht die For-derung, dass sie untereinander und mitdem Systemkonfigurator zumindest fürdie kompatiblen Systemparameter Quell-datensätze austauschen und Konsistenz-verletzungen verhindern müssen [11].

Systembeschreibung nachIEC 61850-6

Die IEC 61850 stellt in ihrem Teil 6 [2]eine normierte Beschreibungssprache(SCL) zur Anlagenspezifikation und ein-deutigen Informationsmodellierung derStationsleittechnik bereit. Die SCL kannin vier Bereiche eingeteilt werden, mit de-nen die unterschiedlichen Systemaspektebeschrieben werden:

Im Bereich „Substation“ wird die Pri-märtechnik auf Basis des einpoligen Prin-zipschaltbilds der Anlage definiert. Dieprimärtechnischen Komponenten sind ineiner hierarchischen Struktur, bestehendaus Unterstation, Spannungsebenen undFeldern, organisiert. In jeder Ebene kön-nen logische Funktionsknoten platziertwerden, die die verteilte Funktionalität derStationsleittechnik repräsentieren. Hierbereits unterstützt die SCL ein typisiertesEngineering: Neben dem mindestens ge-forderten Verweis auf die grundlegendenDatenklassen der Funktionsknoten kannauch auf angepasste Typvorlagen verwie-sen werden. Darüber hinaus ist die Syntaxder SCL für den Bereich „Substation“ soaufgebaut, dass logische Funktionen nichtzwangsläufig einzelnen Komponenten der

Leittechnik (IED) zugeordnet sein müssen.Somit kann ein Anlagenmodell erstelltwerden, das bereits den gesamten, typi-sierten Funktionsumfang für die Leittech-nik festlegt, ohne auf deren konkrete Aus-prägung Bezug nehmen zu müssen. Fürdie Ausschreibungsphase können alsoStrukturentscheidungen, ob z. B. getrenn-te Leittechnik- und Schutzgeräte oderkombinierte Schutz-/Steuergeräte einge-setzt werden, offen bleiben. Auch die Zu-ordnung der Funktionen zu einzelnenLeitebenen kann später erfolgen.

Mit dem Bereich „IED“ der SCL werdendie konkreten Leittechnikkomponentendefiniert, in deren Kontext logische Funk-tionsknoten ausgeführt werden. Des Wei-teren ist das Kommunikationsverhalten

der Funktionen in Form von Informa-tionsquellen und -senken definierbar. DieDaten einer Funktion, die an einer Kom-munikation beteiligt sind, werden übersog. ACCESSPOINTS des IED einem mög-lichen Kommunikationssystem bereitge-stellt, das mit dem Bereich „Communica-tion“ der SCL modelliert wird.

Die Deklaration der logischen Funktio-nen, die innerhalb des IED-Modells oderaber losgelöst von einem spezifischenIED innerhalb des primärtechnischen Mo-dells verwendet werden, erfolgt nach SCL-Syntax in einem separaten Bereich, densog. DATATYPETEMPLATES. Hier werden dieeinzelnen logischen Funktionen, basie-rend auf der von der Norm vorgegebenenObermenge aus verpflichtenden und op-tionalen Informationsobjekten, ausge-prägt und damit der eigentliche Kern desInformationsmodells, bestehend aus logi-schen Knoten, Informationsobjekten undDatenattributen, typisiert beschrieben.

Die SCL ist grundsätzlich so konzipiert,dass die einzelnen Teilbereiche, mit denendie verschiedenen Aspekte einer Anlagemodelliert werden, unabhängig vonein-ander Gültigkeit haben. Ein SCL-Doku-ment muss somit nicht zwangsläufig diekomplette Systembeschreibung enthal-ten. So kann z. B. die Beschreibung einesIED vorliegen, die optional Vorkonfigu-rierungen für anschließbare Primärtech-nikkomponenten umfasst. Eine andereMöglichkeit ist die Modellierung einerPrimäranlage mit einem vollständig typi-sierten Funktionsumfang, aber ohne ei-nen spezifischen Leittechnikbezug.

Zur Datenablage der vorgestellten SCL-Bereiche sind in IEC 61850 Dateibezeich-nungen festgeschrieben:

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Bild 2. Eingabe der Primärtechnik

Bild 1. System- und IED-Konfigurator [2]

IED

IEDDB

IED-Fähigkeiten(LN, DO, …) System-

konfigurator

Systemspezifikationen(Single Line, LN, …)

Verbünde, Beziehung zuSingle Line, vorkonfigu-

rierte Berichte, …

IED-KonfiguratorEngineering-

Arbeitsplatz

Engineering-Umgebung

SA-System

File Transferlokal Unterstation

Gateway

File Transferremote

File Transfer und Parametrierungmit IEC-61850-Services

IED IED

Die .SSD-Datei (System SpecificationDescription) dient der topologischen An-lagenspezifikation mit dem Bereich Sub-station. Sie steht am Anfang eines Pro-jekts und kann anschließend mit dem ty-pisierten Funktionsumfang des Leitsys-tems erweitert werden.

Die .SCD-Datei (Substation Configura-tion Description) beinhaltet die vollstän-dige Systembeschreibung, bestehend ausder Anlagenspezifikation (Substation), al-len Geräten (IED) einschließlich aller Typ-beschreibungen (DATATYPETEMPLATES) so-wie der Kommunikationsstruktur (Com-munication).

Eine .ICD-Datei (IED Capability De-scription) dient der Beschreibung genaueines Geräts. Sie kann projektunabhängigdie mögliche Bestückung ohne Bezug aufeine konkrete Anlage beinhalten. Im Rah-men des Anlagenengineerings kann siedagegen als Extrakt aus einer .SCD-Dateidie für das jeweilige Gerät relevanten Teileder Systembeschreibung umfassen. Dannkönnen auch die verwendeten Objektty-pen des Bereichs DATATYPETEMPLATES alsVerweis auf die ursprünglichen Vorlagenmitgeführt und bei späteren Änderungs-diensten genutzt werden.

Schließlich wird die .CID-Datei (Confi-gured IED Description) für den um Gerä-tespezifika ergänzten, ladbaren Parame-tersatz genutzt. Sie umfasst alle zum Be-trieb benötigten Daten und muss nichtzwangsläufig dem SCL-Format entspre-chen. Durch die Eigenständigkeit der ein-zelnen SCL-Modellierungsbereiche kön-nen auch Bibliotheken angelegt werden,die typisierte Komponenten für die Sys-temkonfiguration bereitstellen. Besondersim Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit,Qualität und Prüfbarkeit des Ergebnisseseines Engineeringprozesses bietet derEinsatz solcher Typicals erhebliche Effi-zienzgewinne.

Das Projektierungssystem SCTDas SCT (Substation Configuration

Tool) ist als Systemkonfigurator für denEngineeringprozess von Stationsleitsys-temen konzipiert und gestattet die Gene-rierung einer normkonformen SCL-Sys-tembeschreibung. Mithilfe von visuellenDesignern werden die Komponenten derAnlage und des Leitsystems bearbeitetund der herstellerunabhängige Enginee-ringprozess gemäß IEC 61850-6 zur Kon-figuration des Gesamtsystems unterstützt.Alle Ansichten im SCT basieren aus-schließlich und unmittelbar auf SCL-Da-ten. Kenntnisse der SCL-Syntax sind fürden Anwender aber nicht notwendig.

Nachfolgend werden die notwendigen

Engineeringschritte an ei-nem Anlagenbeispiel auf-gezeigt, die der DKE-Ge-meinschaftsarbeitskreisGAK 952.0.15 [12] zurUntersuchung der Einsatz-tauglichkeit der IEC 61850verwendet hat (nachfol-gend GAK-Anlage ge-nannt) und die auch alsBasis für die Arbeiten desDKE-AK 952.0.1 dient.

Erster Schritt:Eingabe derPrimärtechnik

Der durch das SCT un-terstützte Engineering-prozess beginnt mit derEingabe der Primärtech-nik (Bild 2). Grundlagefür die grafische Bearbei-tung ist ein Designer, mitdem das einpolige Prin-zipschaltbild der Anlagemittels einer Komponent-enauswahl (siehe Toolboxin Bild 2 links oben) undPlatzierung auf einerBauplanstruktur einfacherstellt werden kann. Dieeinzelnen Komponentensind aus Quadraten auf-gebaut, die über definierte Anschlus-spunkte verfügen, sodass die für die.SSD-Datei notwendige Anlagentopologieautomatisch generiert wird. Es stehen to-pologische Verbindungselemente sowiealle relevanten Betriebsmittel, die eineReferenz zum Leitsystem aufweisen kön-nen, zur Verfügung.

Eine im SCT neu angelegte Untersta-tion verfügt standardmäßig bereits übereine hierarchische Struktur. Die AK-Anlage besteht aus einer Unterstationmit drei Spannungsebenen und jeweilsentsprechend bezeichneten Feldtypicals(siehe Bild 2, Fenster links unten). In derhierarchischen Baumstruktur kann dieAnlage erweitert werden, um beispiels-weise weitere Schaltfelder einzufügen.Alle Komponenten, die der Toolbox perDrag and drop entnommen und im De-signer platziert werden, sind automa-tisch dem aktuell selektierten Feld zu-geordnet. Damit können auch ganzeFeldstrukturen mit allen Komponenteneinschließlich der grafischen Darstel-lung getrennt gespeichert, geladen undverschoben werden. In Bild 2 ist aktuelldas 110-kV-Abgangsfeld E3 selektiert.

Innerhalb eines Schaltfelds muss jedeprimärtechnische Komponente eindeutig

identifizierbar sein. Hierfür stellt die SCLdas Attribut NAME bereit. Bild 3 zeigt dasAbgangsfeld E3 der GAK-Anlage mit ei-ner Betriebsmittelkennzeichnung nachIEC 61346 bzw. DIN EN 61346.

Wie erwähnt sieht das Modell der SCLvor, dass auf jeder hierarchischen Ebeneder Primärtechnik Referenzen auf logi-sche Funktionsknoten angelegt werdenkönnen. Werden im SCT primärtechni-sche Komponenten auf dem Designerplatziert, die über Referenzen zur Sekun-därtechnik verfügen, werden gleichzeitigPlatzhalter für die Anbindung entspre-chender logischer Knoten dargestellt. ImFeld E3 in Bild 3 sind dies Platzhalter fürdie Ankopplung der Trenner (XSWI), desLeistungsschalters (XCBR) und der Wand-ler (TCTR, TVTR).

Da in diesem Engineeringschritt diekonkrete Ausprägung der logischen Kno-ten noch nicht näher spezifiziert ist, ver-weisen die Referenzen zunächst nur aufdie entsprechende Vorlagenklasse ausIEC 61850-7-4.

Als Ergebnis des ersten Schritts stehteine .SSD-Datei zur Verfügung, die dievollständige Anlagentopologie mit Be-triebsmittelkennzeichnung darstellt. Dar-über hinaus ist auch bereits die Prozess-

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Bild 3. Primärtechnik eines Abgangsfelds mit Platzhaltern fürdie Leittechnikankopplung

ankopplung einer geplanten Leittechnik spezifiziert. Die-se Beschreibung kann also zur Anlagenkonfiguration die-nen und an den Sekundärtechnikplaner weitergereichtwerden.

Zweiter Schritt: Typspezifikation derInformationsobjekte

Die in IEC 61850-7-4 definierten Klassen beinhaltenlogische Funktionsknoten und deren Informationsobjek-te im Sinne einer Obermenge. Zur projektbezogenen Aus-prägung muss konkret definiert werden, über welche Informationsobjekte die jeweilige Funktion tatsächlichverfügt. Die SCL verwaltet die dazu notwendigen Typdefi-nitionen im Bereich DATATYPETEMPLATES. Mit dem SCT kön-nen Typen in Bibliotheken eingepflegt werden, um sie imSinne von Projekttypicals mehrfach zu verwenden.

Bild 4 zeigt eine Teilansicht der im AK 952.0.1 erstell-ten Typbibliothek. Im linken Fenster sind die Typgruppenfür Datenattribute (DA), Datenobjekte (DO) und logischeKnoten (LN) zu sehen. Als Beispiel ist die Typspezifikationder Schutz-Teilfunktion Fehlerorter (Fault Locator, RFLO)angewählt, die in der GAK-Anlage für 110-kV-Felder alsStandard-Funktionsknoten definiert ist.

Um mit dem SCT eine neue Typdefinition durchzufüh-ren, muss zunächst eine normkonforme Vorlagenklasseausgewählt werden. Das SCT stellt dazu eine Auswahllis-te bereit, die alle Vorlagenklassen aus IEC 61850-7-4 um-fasst. Sobald die Vorlagenklasse gewählt wurde, werdenim unteren Bereich des Typdesigners alle Informations-objekte dieser Klasse aufgelistet. Dabei legt die Norm ei-ne optionale oder verpflichtende Verwendung der Infor-mationsobjekte fest, die in der Spalte „M/O“ (mandato-ry/optional) angezeigt wird.

In den oberen Bereich des Designers werden alle Infor-mationsobjekte für den Typ übernommen, die aus derVorlage selektiert wurden. Dabei sind alle verpflichtendenObjekte automatisch vorhanden. Durch die weitere Aus-wahl optionaler Objekte kann die neue Typspezifikationfür einen logischen Knoten angepasst werden. Im Beispielist zu erkennen, dass für diesen Typ die verpflichtendenInformationen Fehlerimpedanz (FltZ) und -distanz(FltDiskm) ausreichend waren. Der neue Typ erhält eineeindeutige Kennung (hier „E_RFLO“, da er typisch für die110-kV-Ebene eingesetzt werden soll), und steht damit inder Bibliothek zur Verfügung.

Für die im logischen Knoten verwendeten Informations-objekte müssen ebenfalls Typen spezifiziert werden. Siesind aus Vorlagenklassen gemäß IEC 61850-7-3 (CDC –Common Data Classes) abzuleiten und werden ebenfallsin den DATATYPETEMPLATES verwaltet.

Das Bild 5 zeigt als Beispiel die Typspezifikation für diein Bild 4 angewählte Fehlerimpedanz (FltZ) des Fehleror-ters, die aus der Vorlagenklasse CMV (Complex MeasuredValue) abgeleitet wurde. Auch hier stellt das SCT alle Vor-lagen aus der IEC 61850-7-3 zur Auswahl bereit. Nach Wahleiner CDC werden im unteren Bereich des Designers wie-derum die gesamte Obermenge, in dem Fall alle Datenat-tribute (DATAATTRIBUTES) der ausgewählten Klasse, ange-zeigt und die Pflichtattribute automatisch für den Ob-jekttyp übernommen. Auch hier waren im Beispiel die ver-pflichtenden Attribute (COMPLEX VALUE cVal; QUALITY q;TIMESTAMP t) passend. Auf der untersten Hierarchieebenekönnen schließlich Datenattribute formatiert werden. Hier

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Bild 4. Typspezifikation eines Funktionsknotens am Beispiel Fehlerorter(FAULT LOCATOR, RFLO)

Bild 5. Typspezifikation eines Informationsobjekts am BeispielFehlerimpedanz (FAULT IMPEDANCE, FltZ)

gibt es neben Qualitäts- und Zeitformatenim Besonderen noch Optionen für dieDarstellung der Analogwerte.

Bild 6 zeigt die im Musterprojekt ge-wählte Darstellung des komplexen Impe-danzwerts des Fehlerorters in Form vonBetrag (MAGNITUDE, mag) und Winkel (ANGLE, ang) jeweils als Float32-Analog-wert.

Durch die Ablage der Typspezifikatio-nen in Bibliotheken müssen sie nur ein-malig erstellt werden und sind an zentra-ler Stelle pflegbar. Mit dem Laden einer

Bibliothek stehen die Typenfür die Projektbeschreibungzur Verfügung. Dabei sind ne-ben der Neuerstellung sowohlkonsistente Änderungengleichnamiger Typen als auchprojektspezifische Sondertypenrealisierbar.

Dritter Schritt:ProjektspezifischesInformationsmodell

Auf Basis der Typbibliothekkann die Zuordnung der typi-sierten Informationsobjektezur Anlage und damit die Fest-legung des gesamten Informa-tionsumfangs erfolgen. Bild 7zeigt das vollständig ausge-prägte 110-kV-AbgangsfeldE3 der GAK-Anlage.

Neben den aus Bild 3 schonvorhandenen primärtechni-schen Ankopplungen könnenüber die Strukturansicht derAnlage (Bild 7, links) weitereReferenzen auf logische Kno-ten in jeder Hierarchieebene,wie Unterstation, Spannungs-ebene, Schaltfeld und Primär-gerät, angelegt werden, um dieverteilte Funktionsstruktur zumodellieren. So wurden für dasBeispielfeld die schalterorien-tierten Funktionen Steuerung(CSWI) und Verriegelung (CI-LO) den Primärgeräten zuge-ordnet. Neben der projektspe-zifisch geforderten getrenntenStromerfassung für Schutz undBetrieb ist bei der Messwerter-fassung zu erkennen, dass dieentsprechenden Knoten (TVTR,TCTR) laut Norm für jeden Lei-ter getrennt modelliert werdenmüssen. Die im Beispiel ausge-prägten Funktionen Messung(MMXU), Hilfskreisüberwa-chung (ZAXN), vierstufigerDistanzschutz (PDIS), Rich-

tungserkennung (RDIR), Wiedereinschal-tung (RREC), Fehlerorter (RFLO), LS-Ver-sager (RBRF), Signalvergleich (PSCH),Auslösekoordination (PTRC) und Erd-schlusserkennung (PTEF) wurden derFeldebene zugeordnet.

Der bereits beschriebene Fehlerorter istin Bild 7 selektiert. Die Typisierung desKnotens erfolgt durch Auswahl des Funk-tionsknotentyps (hier „E_RFLO“). Hierzuzeigt das SCT in einem Eigenschaftsfens-ter genau die Typen aus der aktuell gela-denen Bibliothek, die aus der entspre-

chenden Vorlagenklasse (hier RFLO) inSchritt 2 spezifiziert wurden. Sowohl dieVorlagenklasse als auch der Knotentyp so-wie ein evtl. vergebener Prefix werdennormkonform in die Objektreferenz über-nommen. Da noch keine Gerätezuordnungfür die Funktionen stattgefunden hat, istals IED-Name „None“ zu verwenden.

Als Ergebnis dieses Schritts steht dieAnlagentopologie mit den Referenzen zurLeittechnik und dazu das vollständige, ty-pisierte Informationsmodell in Form derum die DATATYPETEMPLATES ergänzten .SSD-Datei zur Verfügung. Die Systemstrukturist noch offen, d. h. die zugehörige .SCD-Datei beinhaltet noch keine Gerätebe-schreibungen, sodass die SCL-Daten fürdie lösungsunabhängige Ausschreibungs-phase genutzt werden können.

Vierter Schritt: Konfiguration derSekundärtechnik

Zur Festlegung einer konkreten Leit-systemstruktur sind in einem weiterenEngineeringschritt die IED zu modellie-ren, denen die spezifizierten Funktionenzugeordnet werden sollen. Mit dem SCTkönnen zwei unterschiedliche Enginee-ringprozesse für IED durchgeführt wer-den: Zum einen kann die von einem Ge-rätehersteller bereitgestellte SCL-Beschrei-bung eines IED in das Projekt importiertund innerhalb des Modellierungsprozes-ses direkt verwendet werden. Zum ande-ren sieht der herstellerunabhängige Engi-neeringprozess vor, dass der Anwenderein IED selbst modellieren kann, um sei-ne gerätetechnischen Anforderungen mitder SCL zu formulieren.

Wird dem Projekt ein eigenes IED hin-zugefügt, besitzt es eine normkonformeStruktur, bestehend aus ACCESSPOINT,SERVER, LOGICALDEVICE und einem System-knoten LN0.

Logische Funktionsknoten können perDrag and drop aus dem Anlagenbild oderaus der hierarchischen Baumstruktur, wiein Bild 8 gezeigt, in ein IED gezogen werden. Dabei wird die Knotenreferenznormkonform mit einer Instanznummerund dem IED-Namen vervollständigt.

Für das Feld E3 der GAK-Anlage wur-de ein Kombigerät spezifiziert, das auszwei logischen Teilgeräten (Bay Control-ler BC-E3 und Protection P-E3) besteht.Der in Bild 8 selektierte Leistungsschalterwurde dem Schutz zugeordnet, sodassseine vollständige Referenz „IED E3/P-E3.QA1.XCBR.1.E_XCBR“ lautet. Durchdie Zuordnung der einzelnen Referenzender Primärtechnik auf konkrete logischeKnoteninstanzen in IED erfolgt die Ver-knüpfung von Primär- und Sekundär-

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Bild 7. Abgangsfeld mit vollständig typisiertem Informationsmodell

Bild 6. Typspezifikation eines Datenattributs am Beispiel eineskomplexen Vektors (COMPLEX VALUE, cVal) für die Fehlerimpedanz

technik. Diese Zuordnung wird bei An-wahl sowohl im Anlagenbild, der IED-Baumstruktur als auch im IED-Designergleichermaßen angezeigt, wie beim Leis-tungsschalter in Bild 8 zu sehen ist.

Neben der in Bild 8 gezeigten IED-Dar-stellung in Form einer geschachteltenFunktionsstruktur steht im SCT auch ei-ne hierarchische Strukturansicht des IEDzur Verfügung. Bild 9 zeigt diese Ansichtfür das IED E3, wobei der bereits be-schriebene Fehlerorter selektiert wurde,der dem Schutzteil P-E3 zugeordnet wur-de. Da in dieser IED-Ansicht direkt dieSCL-Beschreibung der ICD-Datei ange-zeigt wird, sind auch im BereichDATATYPETEMPLATES die in diesem IED ver-wendeten Typspezifikationen erkennbarund lassen einen Rückschluss auf dieTypbibliothek zu.

Bild 9 zeigt darüber hinaus links obeneine Toolbox, über die logische Funk-tionsknoten auch zunächst unspezifiziertin das IED eingefügt werden können. Ei-ne Typisierung ist nach der Auswahl ei-ner Vorlagenklasse dann auch im IEDmöglich, indem eine entsprechende Typ-spezifikation aus der geladenen Biblio-thek zugeordnet wird. Eine nachträglicheTypisierung ist auch dann sinnvoll, wennein vorkonfiguriertes IED mit seiner ICD-Beschreibung eingelesen wird. Die Pro-jekteinordnung wird durch eine kontext-sensitive Auswahlliste unterstützt, die ge-nau die Typen aus der Bibliothek enthält,die der vorkonfigurierten Klasse entspre-chen.

Als Ergebnis dieses vierten Schrittswird die .SCD-Datei um die Gerätebe-schreibungen ergänzt, die auch als ge-trennte .ICD-Daten für jedes IED zur Ver-fügung stehen.

Fünfter Schritt: Modellierung derlogischen Kommunikation

Die Modellierung des Kommunika-tionssystems im SCL-Bereich „Communi-cation“ wird zurzeit von dem Projektie-rungstool SCT bewusst nicht unterstützt,da an dieser Stelle der Übergang auf dieherstellerspezifischen Kommunikations-dienste erfolgt. Der Übergang auf Her-stellerspezifika an dieser Stelle entsprichtauch dem Ansatz der IEC 61850, mit derabstrakten Modellierungsmethode unab-hängig vom Kommunikationsprotokollzu sein.

Die Projektierung des Kommunika-tionssystems mit der SCL legt in ersterLinie fest, welche IED über ihreACCESSPOINTS an einem bestimmten Netz-werk angeschlossen sind und über wel-che Adressen die einzelnen ACCESSPOINTS

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Bild 8. Konfiguration der Sekundärtechnik (IED) und Verknüpfung mit dem Informationsmodell

Bild 9. IED mit hierarchischer Baumansicht der ICD-Gerätebeschreibung

im Netzwerk eindeutig ausgezeichnetwerden. Obwohl diese Modellierung i. d.R. mit den herstellerspezifischen Werk-zeugen erfolgt, können SCL-Daten auchmit dem SCT eingelesen und bearbeitetwerden. Dabei erfolgt die Modellierungder Kommunikation auf Anwendungs-ebene, d. h. welche Informationsobjektevon den logischen Funktionsknoten pu-bliziert bzw. importiert werden sollen.

AusblickDie IEC 61850 bietet neben neuen

Kommunikationstechniken auch eine An-lagenbeschreibung mit der herstellerun-abhängigen Sprache SCL, die die schritt-weise Verfeinerung und typisierte Mo-dellierung der Projektierungsdaten fürStationsleitsysteme gestattet. Darauf ba-sierende Projektierungswerkzeuge, wiedas in diesem Beitrag vorgestellte SCT,können das Anlagenengineering effizien-ter machen, indem Engineeringschrittenicht mehr in einem festen Prozess, be-ginnend bei der Geräteparametrierung,abgearbeitet werden, sondern die einzel-nen Schritte in Abhängigkeit vom jewei-ligen Projektklärungsfortschritt anlagen-orientiert erfolgen. Damit können alleProjektphasen von der Anlagenplanungüber die Ausschreibung bis zur konkretenProjektierung begleitet werden.

Während bislang die Anwender mit ei-genen Mitteln die Anlage beschreibenoder sich auf ein Projektierungssystem ei-nes Herstellers festlegen müssen, könnennun bereits die Vorklärungen mit einemeinheitlichen Werkzeug ausgeführt unddie Konfigurationsdaten als Basis für dieim Lauf des Engineeringprozesses zu er-gänzenden Parametrierungen genutztwerden.

Durch eine frühzeitige Typisierungkönnen einmal generierte Beschreibungs-daten als Vorlagen für neue Anlagenmo-delle genutzt werden. Die Verwendungsolcher Vorlagen ist besonders im prak-tischen Engineeringprozess wichtig, umdurch den Einsatz von bereits erprobtenund bewährten Projektstandards dieWirtschaftlichkeit und die Qualität desEngineerings zu sichern. Der Typisie-rungsansatz muss auch bei noch zu defi-nierenden Übergangsszenarien für dieAbbildung neuer Informationsmodellenach IEC 61850 auf die vorhandenenSchnittstellen berücksichtigt werden.

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and feeder equipment – Compatible logical

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VDE, Frankfurt/M: www.dke.de ■

8 Heft 4/2007 •


Der Arbeitskreis AK 952.0.1 „IEC 61850– Engineering“ wurde mit dem Ziel gegrün-det, die Arbeit des GAK 15 „Modellierungeiner kombinierten Hoch- und Mittelspan-nungsschaltanlage mithilfe der Normen-reihe IEC 61850“ fortzusetzen und dabeiim Besonderen die Engineeringaspekteder Systemnorm IEC 61850 anzuwendenund über die DKE publik zu machen. DerAK 952.0.1 hat sich folgende Aufgabengestellt:• Inhaltliches Verständnis zur IEC 61850

Teil 6 (Substation Configuration Descrip-tion Language, SCL) erarbeiten,

• Beschreibung des Engineeringprozes-ses nach IEC 61850 sowie Ableiten vonAnforderungen an zukünftige Software-werkzeuge,

• Beschreibung der GAK-15-Modellan-lage mit den Mitteln der SCL (Substa-tion Configuration Description Lan-guage),

• Dienste nach IEC 61850 gegen die An-forderungen/Applikationen der Stations-leittechnik spiegeln.

Es wurde drei Teilaufgaben definiert:• Systemkonfiguration (GAK-15-Anlage in

SCL),• Definition Services, Kommunikationskon-

figuration in der SCD (Substation Confi-guration Description),

• Beschreibung von Projektphasen undProjektrollen im Engineeringprozess.

Der Arbeitskreis 952.0.1 besteht aus Ver-tretern von deutschen und schweizeri-schen Netzbetreibern, Herstellern und ei-ner Hochschule. Die Ergebnisse werdenauf dem Dokumentenserver der DKE abge-legt. Des Weiteren sind Veröffentlichungenin Fachzeitschriften geplant.

Dipl.-Ing.-Ökonom Henry Dawidczak, Siemens PTD EA M 12, Nürnberg

Der neue Arbeitskreis „IEC 61850 – Engineering“

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Sonderdruck - fh-dortmund.de · Anlagenengineering nach IEC 61850 Erste Projekterfahrungen bei der Anwendung des Systemstandards IEC 61850 in der Stationsleittechnik zeigen den Übergang